中國科技大學(xué)科研人員采用“晶體缺陷工程”，設(shè)計出一種“缺陷納米結(jié)構(gòu)”，該成果有望變革現(xiàn)代化工。
研究成果近日在線發(fā)表在國際重要化學(xué)期刊《美國化學(xué)會志》上。
當(dāng)今的有機化工體系中，絕大部分催化反應(yīng)是基于貴金屬催化劑的使用，并且是依靠石油、煤炭的燃燒所驅(qū)動的，存在催化劑材料成本高、能耗高等缺點。金屬氧化物具有低成本等優(yōu)點，并且展現(xiàn)出光催化活性，是一類理想的催化材料。然而，金屬氧化物在氧分子活化體系中的表現(xiàn)卻不盡人意，無法有效俘獲太陽能。
熊宇杰課題組針對該挑戰(zhàn)，設(shè)計出一類具有精準(zhǔn)可控氧空位缺陷態(tài)的氧化鎢納米結(jié)構(gòu)。
據(jù)介紹，通常金屬氧化物無法通過化學(xué)吸附來活化氧分子。而氧空位缺陷的構(gòu)筑克服了該缺點，促進了光生電子從氧化物催化劑向氧分子的高效轉(zhuǎn)移。此外，缺陷態(tài)的出現(xiàn)大幅度擴寬了光催化劑的吸光范圍，使其在可見光和近紅外光區(qū)寬譜范圍內(nèi)俘獲太陽能。這就實現(xiàn)了太陽能的有效俘獲及能量轉(zhuǎn)換傳遞，解決了氧化物催化劑在光催化有機合成中的瓶頸問題。
熊宇杰介紹，以太陽能驅(qū)動有機合成過程，將有望替代傳統(tǒng)的熱催化技術(shù)，從而實現(xiàn)低能耗的化工生產(chǎn)，為緩解當(dāng)前的能源困境提供了新思路。該“缺陷納米結(jié)構(gòu)”技術(shù)的關(guān)鍵在于如何降低催化劑材料成本并提高能量轉(zhuǎn)換效率。
熊宇杰說，“該研究為利用太陽能替代熱源驅(qū)動有機合成提供了可能性，也對光催化材料的理性設(shè)計具有重要推動作用?！?/span>
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