中國(guó)科大在金屬氧化物催化劑取得新進(jìn)展！

現(xiàn)今，絕大部分催化反應(yīng)是基于貴金屬催化劑的使用，并且是依靠石油、煤炭的燃燒所驅(qū)動(dòng)的，存在催化劑材料高成本、高能耗等缺點(diǎn)。與貴金屬催化劑相比，金屬氧化物具有低成本等優(yōu)點(diǎn)，但金屬氧化物在氧分子活化體系中的表現(xiàn)卻不盡人意，其瓶頸在于無(wú)法有效地俘獲太陽(yáng)能并將之傳遞給氧分子。

　　針對(duì)該挑戰(zhàn)，熊宇杰課題組設(shè)計(jì)出了一類具有可控氧空位缺陷態(tài)的氧化鎢納米結(jié)構(gòu)。通常金屬氧化物的金屬原子具有配位飽和的特點(diǎn)，無(wú)法通過(guò)化學(xué)吸附來(lái)活化氧分子。在該工作中，氧空位缺陷的構(gòu)筑克服了該缺點(diǎn)，促進(jìn)了光生電子從氧化物催化劑向氧分子的轉(zhuǎn)移。另一方面，缺陷態(tài)的出現(xiàn)大幅度地?cái)U(kuò)寬了光催化劑的吸光范圍，使其在可見光和近紅外光區(qū)寬譜范圍內(nèi)俘獲太陽(yáng)能。這兩方面的貢獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能的有效俘獲及能量轉(zhuǎn)換傳遞，解決了氧化物催化劑在光催化有機(jī)合成中的瓶頸問(wèn)題。熊宇杰課題組通過(guò)與中國(guó)科大教授江俊合作，以理論模擬方法清晰地描述了氧空位缺陷態(tài)在這兩方面的貢獻(xiàn)。國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室教授宋禮和朱俊發(fā)課題組則分別利用X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜和光電子能譜解析了缺陷態(tài)光催化劑的精細(xì)配位結(jié)構(gòu)及能帶結(jié)構(gòu)，證實(shí)了理論模擬結(jié)果。基于該認(rèn)識(shí)，研究人員得以通過(guò)晶體缺陷工程來(lái)調(diào)控太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)有機(jī)有氧偶聯(lián)反應(yīng)的性能，為利用太陽(yáng)能替代熱源驅(qū)動(dòng)有機(jī)合成提供了可能性，也對(duì)光催化材料的理性設(shè)計(jì)具有重要推動(dòng)作用。

    研究工作得到了科技部“973”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、合肥大科學(xué)中心、校重要方向項(xiàng)目培育基金等項(xiàng)目的資助。

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