中科大新發明 大幅提高太陽能轉化率

傳統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供應了可能，成果發表在著名學術期刊《德國使用化學》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界廣泛關注。傳統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，然而半導體材料關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有機催化反應的思路，從而有望替代傳統的熱催化辦法。

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應和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，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供應熱源。該設計的神奇之處在于，納米結構的尖端棱角處具有超強的聚光能力從而出現局部高溫，同時棱角處也是催化反應的高活性位點，實現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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