日本千叶大学的张宏伟特任研究员与泉康雄教授等人组成的研究团队开发出了可将二氧化碳（CO2）转化成甲烷的新型光催化剂。该催化剂采用镍等材料，只要有光能就可以促进二氧化碳的光化学反应。另外，研究团队还利用这种新催化剂明确了此前一直不清楚的反应机理。今后将进一步优化催化剂的材料组合以及光照方式，提高催化剂的效果。
新催化剂只需光能就可以促进反应（图片：千叶大学泉康雄教授提供）
利用化学反应将大气和废气中的二氧化碳转化成化学原料等的“碳循环”技术备受关注。其中一种方法就是利用光催化剂将二氧化碳转化为甲烷等碳化氢。但以往那些将二氧化碳转化为甲烷的光催化剂存在反应时间短等课题，而且不清楚反应机制，也可能是将二氧化碳以外的物质转化成了甲烷。
研究团队此次开发的是组合使用镍和氧化锆的催化剂。只需利用光能就可以分解二氧化碳，使其转化成甲烷。在实验中，研究团队将催化剂放入充满水蒸气和二氧化碳的容器中，连续两天照射可见光和紫外光，确认能稳定生成甲烷。通过使用被氢处理过的镍，与以往的催化剂相比，还成功提高了二氧化碳的分解速度。
实验装置（图片：千叶大学泉康雄教授提供）
泉康雄教授等人还通过实验明确了光催化剂将二氧化碳转化成甲烷的反应机理。首先，二氧化碳以碳酸氢根的形式附着在氧化锆表面，并在紫外线等的作用下还原成一氧化碳（CO）。然后，可见光的热量促进水蒸气中的氢与一氧化碳在镍表面发生反应，生成甲烷。
研究团队今后打算对催化剂进行改良，以实现实用化。将通过选择最佳的光波长类型、照射方式和催化剂材料，来提高二氧化碳的分解速度和甲烷的生成效率。泉康雄教授期待地表示：“明确反应途径后，还有望将二氧化碳的用途扩大到燃料以外的领域。”
日本政府在“2050年之前实现温室气体净零排放”的目标中将碳循环作为实现目标的关键方法之一。2020年12月发布的绿色经济增长战略也将基于碳循环技术的产业定位为增长产业。
利用碳循环技术制造的产品的普及将对此起到推动作用，比如培养藻类用作飞机的燃料等，以及通过公共采购来扩大吸收二氧化碳制造的混凝土的应用等。日本在碳循环技术的技术开发与产品开发领域具有竞争力，位于国际前列。
日文：铃木游哉、《日经产业新闻》，2021年3月30日
中文：JST客观日本编辑部
