中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授課題組設(shè)計(jì)了一類(lèi)獨(dú)特的金屬鈀納米材料，同時(shí)具有高催化活性和太陽(yáng)能利用特性，在光驅(qū)動(dòng)有機(jī)加氫反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，在室溫光照下即可達(dá)到70攝氏度加熱反應(yīng)的催化轉(zhuǎn)化效率。該成果近日發(fā)表在國(guó)際著名化學(xué)期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》上。
鑒于化石能源的過(guò)度開(kāi)采和逐漸枯竭，太陽(yáng)能向化學(xué)能的定向轉(zhuǎn)換已日益引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的利用太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)路徑是基于半導(dǎo)體的光催化技術(shù)，但半導(dǎo)體材料對(duì)于很多有機(jī)反應(yīng)并不具有高催化活性及選擇性。針對(duì)該瓶頸問(wèn)題，材料化學(xué)家們提出通過(guò)結(jié)合金屬的催化活性和光學(xué)特性來(lái)實(shí)現(xiàn)有機(jī)催化反應(yīng)，希望替代傳統(tǒng)的熱催化方法。
金屬鈀是眾多有機(jī)反應(yīng)的高效催化劑，例如它與氫氣的相互作用使其具有優(yōu)異的加氫反應(yīng)催化性能。但與常見(jiàn)的金銀相比，常規(guī)金屬鈀納米材料的吸收太陽(yáng)光能力較差，吸光范圍局限在僅占太陽(yáng)能5%的紫外波段，給太陽(yáng)能俘獲和利用帶來(lái)巨大困難。
針對(duì)這一挑戰(zhàn)，熊宇杰小組設(shè)計(jì)了一類(lèi)尺寸為50納米且具有內(nèi)凹型結(jié)構(gòu)的金屬鈀納米材料，通過(guò)降低結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性和增大顆粒尺寸，使其能夠在可見(jiàn)光寬譜范圍內(nèi)吸光，吸光后的光熱效應(yīng)足以為有機(jī)加氫反應(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，并且棱角處也是加氫反應(yīng)的高活性位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能利用和催化活性的合二為一?；谠撛O(shè)計(jì)，他們開(kāi)發(fā)出的金屬鈀納米材料在室溫光照下即可有效驅(qū)動(dòng)有機(jī)加氫反應(yīng)，而傳統(tǒng)熱催化技術(shù)需要將反應(yīng)加熱至70攝氏度以上才能實(shí)現(xiàn)完全化學(xué)轉(zhuǎn)化。
熊宇杰表示，迄今為止，基于金屬材料的光驅(qū)動(dòng)催化反應(yīng)還是一個(gè)新興研究方向，業(yè)界對(duì)于其過(guò)程中金屬材料扮演的角色還不太清楚。該進(jìn)展不但為利用太陽(yáng)能替代熱源驅(qū)動(dòng)有機(jī)催化反應(yīng)提供了可能，也對(duì)相關(guān)催化材料的科學(xué)設(shè)計(jì)具有重要推動(dòng)作用，未來(lái)有望應(yīng)用于重要化學(xué)品的光合成。
原標(biāo)題:“鈀”納米材料：大幅提高太陽(yáng)能利用率
