電腦模擬於新型半導體材料設計與二氧化碳電還原反應之永續研究

中國文化大學化學工程與材料工程學系主任陳輝龍教授，於2025年3月和團隊合作成員一起模擬鑑定出全新半導體材料，豐碩的成果登上了國際頂尖期刊《美國化學社會期刊JournaloftheAmericanChemicalSociety（JACS）》，這項研究不但象徵著典型元素化學研究的躍進，同時也展現中國文化大學在材料科學與基礎化學領域的深耕成果。

陳輝龍主任表示，這次模擬鑑定出的全新半導體材料新型銻四面體(Sb4)，這種材料兼具半導體特性與磁性，在未來半導體科技的發展與應用上，具備相當可觀的潛力與前景。這項研究是陳輝龍主任與國立臺灣師範大學及輔仁大學研究團隊共同合作，成功合成並以計算模擬鑑定出一種全新的半導體材料。

化學專業的知識並非一般人可以輕易了解，陳輝龍主任解釋，銻四面體是以化學週期表中的銻(Sb)所形成的全新四面體結構，過去從未被成功合成。研究團隊結合實驗合成與鑑定並搭配電腦模擬，精確預測其穩定性與電子結構，展現嚴謹的研究方法。陳輝龍主任進一步表示，銻四面體同時具備半導體特性與磁性，顯示其在未來半導體元件開發上具有潛在應用價值。陳輝龍主任指出，隨著電子產品持續朝高速與微型化發展，新材料的需求日益迫切；而銻四面體獨特的電子結構有望成為新一代半導體材料的重要候選。不過，他也強調這點仍需進一步研究以評估其實際應用的穩定性與效能。

除此之外，陳輝龍主任又於2025年9月，攜手國立臺灣大學化學系陳浩銘教授研究團隊，研究成果發表於另一個國際頂尖期刊《NatureCommunications》，成功釐清二氧化碳電催化還原反應(CO2RR)中銅基材料產物選擇性差異的關鍵電子機制。此一突破深化能源材料領域對反應機理的理解，更突顯文大化材系在理論計算、材料設計與跨校研究合作上的研究量能，並為二氧化碳高效轉換、再生能源應用與綠色化學關鍵技術開啟具突破性的里程碑。

電催化將二氧化碳轉化為高附加價值還原產物，是一項兼具減碳與能源應用潛力的永續技術，但在實際反應中，金屬催化劑常同時生成多種產物，使高選擇性一直是研究上的難題，臺大化學系陳浩銘教授研究團隊運用極頂尖設備的臨場同步輻射X光光譜技術，在反應進行中臨場觀察催化劑變化，首次取得直接光譜證據，發現硫族元素可穩定銅的活性狀態，並調整催化表面的電子分佈，使反應路徑明顯偏向甲酸生成。文大化材系陳輝龍主任團隊則透過理論計算指出，銅原子電子分佈的改變是影響反應方向的關鍵，能有效抑制一氧化碳與多碳產物的生成。在此設計下，催化系統於較低電壓即可達到高達90%的甲酸生成效率，並展現良好的放大量能。

陳輝龍主任的研究成果豐碩，這兩篇登上的頂尖期刊，影響因子高達15.6與15.7，一般在化學相關期刊的影響因子中位數大概約為5左右，顯示陳輝龍主任的研究所刊登的期刊影響力相當高。陳輝龍主任說，自己從小對科學探索懷有濃厚興趣，而投身於高階學術研究最大的動力也來自於從實驗與研究中獲得的成就感。他希望能在文大的學術環境中，持續推動具國際水準的研究，做出不遜於世界頂尖團隊的成果，並以登上國際重要期刊為目標，展現臺灣科研實力與文大的研究能量，陳輝龍主任始終堅信「我們一定能做到！」。

陳輝龍主任所發表之相關研究，充分展現其研究領域之多元性與整合深度，涵蓋材料合成與製程、能源材料、催化材料及奈米科技等面向。這些研究不僅反映教師與學生在跨領域整合與前沿議題探索上的高度投入，更成功促成實驗研究與理論分析之深度結合，為「學用合一」教學理念落實於高等教育與科研實務中的具體典範。

培養學生同樣登上頂尖期刊

不過在文大從事研究也有挑戰，陳輝龍主任指出，在文大從事研究最大的挑戰之一，是優秀的學生往往難以長期留任。培養一位具研究潛力的人才並非易事，因此他不希望文大只是成為學生前往國立大學研究所的「跳板」，而是希望學生能在文大就獲得紮實的研究訓練。為此，陳輝龍主任積極與國立大學的研究所建立實質合作關係，讓學生在推甄進入理想國立大學研究所後，仍能持續與文大團隊共同進行實驗與研究，形成長期的「合作鏈」。

秉持這個信念，陳輝龍主任不僅是自己的研究成果卓越，指導的學生同樣表現驚人。他指導的化材系大四學生陳姿卉，運用電腦模擬的方法設計出一種新型材料，其用途可透過電化學催化反應，將有毒氣體一氧化氮(NO)轉化為具經濟價值的氨(NH3)，展現出在綠色化學與環境永續領域的潛力。陳姿卉優異的研究成果投稿國際期刊獲選，並以第一作者登上美國化學協會的《美國應用能源材料雜誌》（ACSAppliedEnergyMaterials），同時也入選了當期的期刊封面。陳姿卉憑藉傑出表現成功直接錄取臺灣大學碩士班，成為學弟妹們學習榜樣。

目前同時也是化材系主任的陳輝龍，對於化材系學生有著深刻的期許。他表示，文大提供多元且跨領域的學習環境，隨著理、工學院整合，未來將能更有效結合各系所的專業知識，達到「一加一大於二」的綜效。同時，透過開設跨領域課程，學生不僅能扎實學習化學與材料的核心知識，也能進一步了解電機、資訊等領域的應用，培養兼具理論與實務的綜合型人才。陳輝龍主任期望，藉由化材、電機與資工等領域的結合，讓學生能更清楚了解業界所需的多面向能力，提升職場競爭力。 對於學生的未來發展時，陳輝龍主任說，化材系鼓勵學生在學期間積極投入研究，他本人也指導多位研究專題生。學生常利用假日或課餘時間進行實驗，並於大四上學期進行期末成果發表，展現研究歷程與成果。陳輝龍主任也鼓勵學生多閱讀國際一流期刊的研究成果，以拓展視野並培養更高的學術標準，「唯有不斷與世界頂尖研究接軌，才能促使整體實驗室持續成長與進步」。

期盼文大提升學術能見度

雖然深耕研究，但過程中總是會面臨瓶頸時，陳輝龍主任表示，發生這樣的情況時，自己會選擇先冷靜沉澱，讓思緒重整後再重新檢視問題，有時靈感便會自然浮現；同時也會深入查閱國際文獻，尋找能使外國學者認同的觀點與依據。陳輝龍主任同時也期盼文大師生們能共同朝向更高層次的研究方向努力，藉由發表具深度與影響力的成果，提升中國文化大學在學術界的能見度與競爭力，使整體研究能量更加蓬勃。

化學與材料是半導體以及臺灣整體科技產業中不可或缺的核心領域，隨著產業技術的快速演進，陳輝龍主任期盼學生能在實驗與研究中持續創新，培養獨立思考與解決問題的能力，未來在各自的專業領域中展現傑出成果。他也期望中國文化大學化學工程與材料工程學系，能持續為臺灣的科學與科技發展貢獻力量，成為推動國家創新與永續進步的重要一環。