中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授熊宇杰課題組設(shè)計了一類獨(dú)特的金屬鈀納米材料，同時具有高催化活性和太陽能利用特性，在光驅(qū)動有機(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《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

傳統(tǒng)的利用太陽能驅(qū)動化學(xué)反應(yīng)路徑是基于半導(dǎo)體的光催化技術(shù)，但半導(dǎo)體材料對于很多有機(jī)反應(yīng)并不具有高催化活性及選擇性。針對該瓶頸問題，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)特性來實現(xiàn)有機(jī)催化反應(yīng)，希望替代傳統(tǒng)的熱催化方法。

研究人員設(shè)計了一類尺寸為50納米且具有內(nèi)凹型結(jié)構(gòu)的金屬鈀納米材料，通過降低結(jié)構(gòu)對稱性和增大顆粒尺寸，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)加氫反應(yīng)提供熱源。基于該設(shè)計，他們開發(fā)出的金屬鈀納米材料在室溫光照下即可有效驅(qū)動有機(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)動催化反應(yīng)還是一個新興研究方向，業(yè)界對于其過程中金屬材料扮演的角色還不太清楚。該進(jìn)展不但為利用太陽能替代熱源驅(qū)動有機(jī)催化反應(yīng)提供了可能，也對相關(guān)催化材料的科學(xué)設(shè)計具有重要推動作用，未來有望應(yīng)用于重要化學(xué)品的光合成。