近日，中科大熊宇杰教授課題組發(fā)明一種金屬鈀納米結(jié)構(gòu)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(dá)到熱反應(yīng)70攝氏度下的催化轉(zhuǎn)化效率。這一進(jìn)展為利用太陽能替代熱源驅(qū)動(dòng)有機(jī)催化反應(yīng)提供了可能，成果發(fā)表在著名學(xué)術(shù)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

鑒于化石能源的過度開采和逐漸枯竭，太陽能向化學(xué)能的定向轉(zhuǎn)換引起業(yè)界廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的利用太陽能驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)路徑是基于半導(dǎo)體光催化技術(shù)，然而半導(dǎo)體材料對(duì)于很多有機(jī)反應(yīng)來說，并不具有高催化活性及選擇性。針對(duì)該瓶頸問題，材料化學(xué)家們提出通過結(jié)合金屬的催化活性和光學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)有機(jī)催化反應(yīng)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(jié)構(gòu)的局域表面吸光截面小且響應(yīng)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(duì)這一挑戰(zhàn)，熊宇杰課題組設(shè)計(jì)了一類尺寸為50納米且具有內(nèi)凹型結(jié)構(gòu)的金屬鈀納米晶體，通過結(jié)構(gòu)對(duì)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(nèi)吸光，吸光后的光熱效應(yīng)足以為有機(jī)催化反應(yīng)提供熱源。該設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處在于，納米結(jié)構(gòu)的尖端棱角處具有超強(qiáng)的聚光能力從而產(chǎn)生局部高溫，同時(shí)棱角處也是催化反應(yīng)的高活性位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了太陽能利用和催化活性在空間分布上的合二為一。