探究co2是光合作用的原料，光合作用减少co2

本文由台湾省台湾欧莱雅为庆祝“台湾省杰出女科学家奖”15周年而策划，泛科学策划执行。

2017年台湾省杰出女科学家奖第十届优秀奖得主在新海路边的台湾省立大学凝聚科学研究中心。中心主任林带着我们上上下下几层楼，讲解各种设备的性能，以及经过她扎实的培训和亲自考核后，学生如何上机。“还有很多，今天没时间看。”站在她称之为“启动”的第一个自制反应器旁，她说自己太贪心，多加了几个端口，增加了样品因吸附残留气体而被污染的风险。但这台她自己设计，自己在工厂制造的机器，在她的精心训练和运用下，创造了许多研究突破。我们请林与这个意味深长的反应堆合影，她还邀请了旁边的学生也在镜中。

来自伊朗的选择在台湾省学习，一方面是因为台湾省是一个非常安全的地方，另一方面是因为林教授是一个伟大的榜样。“那你什么时候留在台湾省？”我问，她回答：“这要看我什么时候拿到博士学位。”“那要看林教授了？”“不，这要看她什么时候取得足够的进步。林李琼笑着说了这句话，也道出了她引导学生的方法：自上而下定主题，让学生自由探索，从好奇心出发。

回到办公室，林从玻璃柜里拿出一张镶了框的照片，里面装着一朵特别的玫瑰。“它本该长成扁平、美丽的晶体，但结果却是一朵花。」

李琼教授和我们分享了学生的作品——“福尔摩沙纳米玫瑰”和她的学生的“作品”。她笑着说，通常学生做这样的外延都要挨骂。但同学们发挥想象力，用玫瑰花染出了纳米级的不规则形状，参加了材料研究学会一年一度的Science as Art竞赛，获得了一等奖，还有外国人来信。

在林管理层的带领下，这个汇聚了多个国家和领域人才的研究团队显得其乐融融。其实他们在探索一个可能改变人类未来的终极领域：光触媒。

光触媒的莫大潜力

如果要列出当今人类面临的最大挑战，遏制二氧化碳排放，使空气中二氧化碳的含量回到350 ppm的安全水平以下，防止气候危机恶化，肯定是其中之一。(顺带一提，2021年1月，413 ppm左右。来源)

即使煤炭和天然气被淘汰，被可再生能源取代来发电，我们的生活仍然依赖于大量的石化产品，大气和海洋中仍然有过量的CO2，植树造林很难赶上森林砍伐和野火的速度。而林却另辟蹊径，从自己擅长的材料科学入手，正在研究如何将二氧化碳还原成低碳氢比的燃料。关键在于高性能光触媒。

当然，这并不是林一开始就研究的主题。1989年在哈佛大学获得应用物理学博士学位后，她立即被R & amp美国奇异公司d总部担任终身聘用研究员，她也是当时研究中心唯一的亚裔女性。当时她加入的团队包括物理学家、化学家、电气电子工程师等。研究课题从飞机引擎到核电厂，如新飞机引擎的材料和设计，使飞行更快，更省油。

1994年回台湾后，她回到台湾主持凝聚中心尖端材料实验室。“起初，我们制作了金刚石薄膜，然后我们制作了碳纳米管、纳米线和石墨烯。开发这些碳基低维纳米材料并使其表现出新颖的特性是她的专长。既然二氧化碳成了众矢之的，换个角度变废为宝吧！

“如果只是想把二氧化碳转化成低碳氢比的燃料或者工业价值高的原料，途径不仅仅是光触媒，还有电催化。林说，电催化的成熟度比光催化高，发展历史长，但腐蚀容易造成污染，CO2和水的溶解度低，需要额外耗电，不一定是最佳选择。如果使用光触媒，只要通过导管收集工厂排出的废气，分离出CO2，放入可以接受光的反应炉中，使用合适的材料(如金属氧化物)，就可以产生光催化作用，将CO2转化为甲醇、甲烷、乙醇、乙烷、乙醛等。

“关键的一步是催化剂的那种材料。它的催化功能应该足够了。功能如何才能足够？有我们这些做材料的发挥空间。林说，这样的材料必须具有半导体特性，即其独特的“待机结构”或“能级”，可以被光子的能量激发，“能隙”不能太大也不能太小。目前，市场上可买到的材料是二氧化钛(TiO2)，但是它需要3.2-3.4电子伏特(eV)的能量来吸收光，也就是说

得用波长很短的紫外光，限制了发展。 因此她将重点放在找寻能够吸收可见光的材料与最佳结构，提升转化效率。「可能是1.7、1.8（eV）是最好的……就同样一个材料，它本质可能是 1.5 eV，但位置不对，所以我们就想办法做一些缺陷工程啊、做一些参杂、複合的结构。」

这样的材料在吸光后会产生电子电洞对，林丽琼生动地形容「要活活的」，才能跟二氧化碳与水起反应。意思是说这材料得身兼多职，先吸可见光、然后拆解电子电洞对，传达到表面后，能接着活化其实很稳定的二氧化碳，再加上水气才有可能转化成甲醇等产物。即使是同一个氧化亚铜，他们也发现边边角角的活性才高，「所以就有办法跟 CO₂ 招手，黏住又不能太黏喔！太黏 CO₂ 不跑啦！就把活性点通通给盖住盖死了。」

为了让二氧化碳若即若离、欲迎还拒的戏码能在奈米尺度上演，身为导演兼製作人的林丽琼与团队花了大把工夫选角（材料），如今已获得初步的成果。

「在产量上，虽然还不是很高，但是有机会到 1% 了。假以时日，push 到 10%，应该是有机会」。她表示儘管还需要很多努力，而且后续也还有产物选择性与分离的课题，但一关一关解，就能将二氧化碳变成原物料，迈向循环经济「零废物」的目标。

林丽琼表示反应过程中的产物分析、以及反应控制的关键机制需要彻底釐清，才能知道到底材料的「什么」在做出贡献，例如是形状、是位置、是大小、还是其他性质？她用各种技术来监测，将这过程比喻为「盲人摸象」，得一片一片摸熟了才能前进。虽然离製程成熟跟产业化还有很长的路，她发现这个领域受关注跟投入的程度在全球都大大提升，从她刚开始时一年不超过 50 篇研究，到现在每年破千篇。

从半导体、光电、能源材料、奈米薄膜到光触媒，研究範围广泛的林丽琼笑称自己喜新厌旧又随性，但万变不离其宗：「我们就是玩材料的，我们玩得很开心啊！」

Welcome to the jungle

外表温和沈着、说话总是体贴地再三确认我们能否理解的林丽琼，得过台湾与世界各国的奖项，也曾被选为美国材料学会董事会成员，曾任众多知名学术期刊、专书的编辑与学术会议的主席，成就非凡。然而正如她研究的光触媒，对于许多学生来说，她也是一位如光般赋予能量、催化着他们的触媒。

林丽琼坦言自己「锻鍊很久」，努力学习理解各种关係必然遇到障碍，有时转个弯就拨云见日的道理。她不会给刚进门下的学生太明确、太细节的题目，而是让他们先朝一个方向探索看看，约略三个月后再请他们提出 Proposal，她就在这段时间内观察新学生与其他同学的互动，了解其性格，能力，再依此给出建议。

她将自己在美国奇异公司研发总部任职时学到的团队合作方式，带入自己的实验室。「有的人性格像狮子、有的像兔子。但不能都一直是狮子或兔子」她顺着学生的性格，鼓励其发挥，但也鼓励他们学习彼此的优点，懂得变换。

她说有些学生活动力很强，坐不住，没办法一直待在机器前；反过来有些学生开工之后，一天不去开机就觉得不舒服，连机器坏了也不肯停。但就是这样不同的性格，获得了意想不到的发现。虽然有时会建议学生互相合作，但她的安排也不一定成功，反而是让资深的、主导性强的学生们发展、组队，结果更好。她则透过每週定期的 Group meeting 发挥触媒的作用，激发团队成长。「我关心他们怎么发展，可是绝对不强迫。有点黏又不会太黏。」她微笑说。

是杰出科技人，也是女人

2017 年得到第十届「台湾杰出女科学家奖」时的林丽琼，已得过科技部杰出奖、教育部学术奖与国际上的诸多不分性别的荣誉，对于冠在科学家奖前的「女」字，很高兴能获得肯定，也自觉要承担更多责任。然而在 30 年前，类似的经历曾经困扰过她。

当她被奇异聘为终生职研究员时，她在哈佛的一位韩国同学则失之交臂，扼腕地对她说「都是因为你是女生啦。」林丽琼觉得自己够认真、够努力，当然有资格加入顶尖的企业。但反过来说，那位韩国同学也很认真、很努力，所以……是临场表现有差别？还是真的因为她是女性而成了保障名额？

「不瞒你说，这的确是很矛盾、很複杂的一种心理。」她说：「如果只是因为我是女生，这个对我很伤啊！是不是？」后来在物理学会女性工作小组内讨论这种「肯定」时，她渐渐想通，认为即使有这种可能，她也要勇敢去争取，放下不舒服的感觉，不要觉得自己是被怜悯、被施予，而是要当第一个冲破现况者，别人才有机会跟上。

「有一些东西是非常根深蒂固的，男生女生都是这个文化的受害者。」她分享自己刚加入奇异公司的一段经历：当时怀第二胎的她，发现好几个月都没有被分配到任务，也没有被安排出差到工厂帮现场面临的挑战找题目。于是她鼓起勇气去问经理，经理反而愣住，回答说就是因为知道她怀第二胎，家里还有一个两岁孩子，怎么能让她做这些又累又辛苦的事？

这样的善意跟体贴，若说是歧视，林丽琼认为就太重了，但结果却幽微地害她投闲置散。于是她向经理明确表示自己先生非常支持，而且有保母能照顾小孩，承接任务没有问题，才改变了这种不利自己发展的状况。

「我自己觉得物理并没有性别的问题，觉得好玩又可以发挥，学科本身不会阻挡女生。那是我们的环境吗？还是什么？」物理学界的女性比例「是可怕的低」，林丽琼说大学部其实有 20-30％ 是女生，研究所也可能还能维持 10-20%，但到教职就不到 5%。她认为这个现象不能简单归因，需要抽丝剥茧。举例来说，由于她与先生（陈贵贤，中研院原子与分子科学研究所研究员）密切合作，刚回国任教提交计画书审查时，曾被问「贡献到底在哪里？」但同样的问题，她先生却不会被问。她认为审查者不见得有意打压，而是文化养成的习惯。要让其他人知道自己有真功夫，需要一段不短的时间，她已十年没被这样问了，但的确成了女生额外要处理的。

得奖后，她参与台湾莱雅与吴健雄学术基金会合办的高中女性科学教育巡访计画，每年都与许多年轻学生面对面交流，座谈时间常互动热烈到让她赶不上搭车时间。透过这个奖跟活动，能让许多学生有个学习楷模，提出心中的问题，帮她们去除刻板印象，其实让她备感欣慰。她甚至因此收了高中生来实验室实习，但她强调来的高中生得要「玩」、藉实习想像未来的生活，而不是为参加科展得名而来。

对林丽琼来说，大她四届，同样就读台大物理系的四姐是最接近的楷模，也因此她学习科学一路以来备受鼓励而没受阻碍。另外，曾返台演讲的吴健雄则是她朝圣的偶像，曾亲睹吴健雄在新竹演讲风采的她说自己非常震撼。后来与自己的大哥讨论该不该朝物理学迈进时，大哥对她说「吴健雄不就是物理学家吗？为什么不呢？」她也因此非常感激。

她给予学生的力量，也承袭自她在哈佛的指导教授 Frans Spaepen。她记得在考虑该留在哈佛做博后，还是去产业界资源丰沛的实验室时，Spaepen 教授对林丽琼说，若她能留下来当博后，他会很高兴，但不必将哈佛当作第一或是唯一的选择，该把握机会到外头更大的世界看看。这番话让她至今铭记于心，也一直将这种「不为自己设限」的理念传达给每一位学生。

「你觉得你的兴趣在哪、你的才能在哪，就走走看，不要划地自限。刻板印象是别人的刻板印象，若连自己都有刻板印象，当然就没救。」身为物理学界的顶尖女性科学家，林丽琼参与、筹办了不少推动女性加入科研领域的工作，例如与物理学会女性工作委员会筹拍《物理好丰采》影片，协助成立台湾女科技人学会等。她说，每个人有各自的问题，但有些问题有共通性，就该以团体的名义来争取。

例如她参与的物理学会女性工作委员会曾以团体名义向国科会提案，让有生产事实的女性研究者在提出研究计画时，可以将过去七年内的发表成果纳入，而不是原本的五年，否则女性研究者很容易因为生儿育女放慢进度而被系统性地歧视、或是担心可能耽误发展而乾脆不生育。

林丽琼认为自己没有天花板，但她不能代表所有女性研究者，因此「如果有需要去冲破的，一起去冲破吧。」她说。

台湾杰出女科学家奖迈入第 15 年，台湾莱雅鼓励女性追求科学梦想，让科学领域能两性均衡参与和贡献。想成为科学家吗？你绝对可以！杰出学姊们在这里跟你说：YES!：https://towis.loreal.com.tw/Video.php

本文由 台湾莱雅L’Oréal Taiwan 为庆祝「台湾杰出女科学家奖」15周年而规划，泛科学企划执行。

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