傳統(tǒng)的太陽能是利用半導體光催化技術，但這一材料催化效果不強，且有局限性。近日，中科大熊宇杰教授課題組發(fā)明一種金屬鈀納米結構催化劑，這種催化劑具有高催化活性和太陽能利用特性，可以在室溫光譜輻照下達到熱反應70攝氏度下的催化轉化效率。這一進展為利用太陽能替代熱源驅動有機催化反應提供了可能，成果發(fā)表在著名學術期刊《德國應用化學》上。
鑒于化石能源的過度開采和逐漸枯竭，太陽能向化學能的定向轉換引起業(yè)界廣泛關注。傳統(tǒng)的利用太陽能驅動化學反應路徑是基于半導體光催化技術，然而半導體材料對于很多有機反應來說，并不具有高催化活性及選擇性。針對該瓶頸問題，材料化學家們提出通過結合金屬的催化活性和光學特性來實現(xiàn)有機催化反應的思路，從而有望替代傳統(tǒng)的熱催化方法。
金屬鈀是一種高效催化劑，然而與常見的金銀相比，其納米結構的局域表面吸光截面小且響應光譜范圍局限在紫外波段，給太陽能俘獲和利用帶來巨大困難。針對這一挑戰(zhàn)，熊宇杰課題組設計了一類尺寸為50納米且具有內凹型結構的金屬鈀納米晶體，通過結構對稱性的降低和顆粒尺寸的增大，使其能夠在可見光寬譜范圍內吸光，吸光后的光熱效應足以為有機催化反應提供熱源。該設計的獨特之處在于，納米結構的尖端棱角處具有超強的聚光能力從而產生局部高溫，同時棱角處也是催化反應的高活性位點，實現(xiàn)了太陽能利用和催化活性在空間分布上的合二為一。
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