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太阳能驱动有机合成过程 有望替代传统热催化技术

[日期:2016-07-27]   来源:科技日报   作者:   [字体: ]

当今的有机化工体系中,绝大部分催化反应是基于贵金属催化剂的使用,并且是依靠石油、煤炭的燃烧所驱动的,存在催化剂材料成本高、能耗高等缺点。同时,金属氧化物在氧分子活化体系中的表现并不尽人意,无法有效俘获太阳能并将之传递给氧分子。中国科学技术大学熊宇杰教授课题组基于无机固体精准制备化学,采用晶体缺陷工程,设计出一类具有缺陷态的氧化钨纳米结构,在广谱光照条件下展现出优异的有氧偶联催化性能,有望实现低能耗和低成本的有机化工技术。该成果7月11日在线发表在国际重要化学期刊《美国化学会志》上。

通常金属氧化物的金属原子具有配位饱和的特点,无法通过化学吸附来活化氧分子。而氧空位缺陷的构筑克服了该缺点,促进了光生电子从氧化物催化剂向氧分子的高效转移。另一方面,缺陷态的出现大幅度扩宽了光催化剂的吸光范围,使其在可见光和近红外光区宽谱范围内俘获太阳能。这就实现了太阳能的有效俘获及能量转换传递,解决了氧化物催化剂在光催化有机合成中的瓶颈问题。

“该成果是多学科交叉合作的结果”,熊宇杰说,其课题组在取得催化剂设计进展的基础上,与本校江俊教授合作,以理论模拟方法清晰地描述了氧空位缺陷态在上述两方面的贡献,深入理解了其作用机制。而该校国家同步辐射实验室宋礼教授和朱俊发教授课题组分别利用X射线吸收精细结构谱和光电子能谱,解析了缺陷态光催化剂的精细配位结构及能带结构,证实了理论模拟结果。“正是基于该认识,我们得以通过晶体缺陷工程来调控太阳能向化学能转换的性能,为利用太阳能替代热源驱动有机合成提供了可能性,也对光催化材料的理性设计具有重要推动作用。”





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