中國(guó)科大在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)有機(jī)合成技術(shù)研究中取得進(jìn)展

　　近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授熊宇杰課題組基于無(wú)機(jī)固體精準(zhǔn)制備化學(xué)，設(shè)計(jì)了一類具有原子精度殼層的雙金屬納米結(jié)構(gòu)，具有廣譜太陽(yáng)能利用特性。通過(guò)與中國(guó)科大教授張群研究組合作，在皮秒超快時(shí)間尺度上詮釋了等離激元特性在催化反應(yīng)中的效應(yīng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)有機(jī)合成性能的調(diào)控。該工作發(fā)表在5月13日出版的《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。共同第一作者是博士生黃浩和張雷。

　　金屬鈀是眾多有機(jī)反應(yīng)的高效催化劑，然而與常見(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，并且吸光范圍局限在紫外波段，給太陽(yáng)能俘獲和利用帶來(lái)了巨大困難。另一方面，金屬納米材料吸光后的等離激元效應(yīng)非常復(fù)雜，一般是通過(guò)產(chǎn)生具有高能量的熱電子傳遞給催化反應(yīng)分子或者以光熱轉(zhuǎn)換為催化反應(yīng)提供熱源。如何針對(duì)有機(jī)合成的需求來(lái)調(diào)控并優(yōu)化這兩個(gè)過(guò)程，是目前該領(lǐng)域的難題。

　　熊宇杰課題組針對(duì)該系列挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)出了一類具有原子精度殼層的金-鈀核殼納米結(jié)構(gòu)。在該設(shè)計(jì)中，金內(nèi)核的一維棒狀結(jié)構(gòu)大幅度地提高了其吸光性能，不僅可以在可見(jiàn)光和近紅外光寬譜范圍內(nèi)吸光，而且具有很強(qiáng)的吸光能力。與此同時(shí)，在原子精度上厚度可控的金屬鈀殼層為調(diào)控?zé)犭娮訅勖凸鉄徂D(zhuǎn)換速率提供了便利。研究人員基于系統(tǒng)的催化測(cè)試，并結(jié)合張群課題組的超快吸收光譜表征，建立了這兩個(gè)等離激元過(guò)程與催化有機(jī)合成性能之間的內(nèi)在聯(lián)系?；谠撜J(rèn)識(shí)，研究人員得以通過(guò)殼層厚度控制來(lái)調(diào)控太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)有機(jī)合成的性能。

　　迄今為止，金屬等離激元驅(qū)動(dòng)催化反應(yīng)尚是一個(gè)新興研究方向，業(yè)界對(duì)于光熱效應(yīng)和熱電子效應(yīng)在其過(guò)程中的作用機(jī)制還不甚清楚。該進(jìn)展為利用太陽(yáng)能替代熱源驅(qū)動(dòng)有機(jī)合成提供了可能性，也對(duì)等離激元催化材料的理性設(shè)計(jì)具有重要推動(dòng)作用。

　　上述研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家青年千人計(jì)劃、中科院百人計(jì)劃、合肥大科學(xué)中心、中科院先導(dǎo)專項(xiàng)、學(xué)校重要方向項(xiàng)目培育基金等項(xiàng)目的資助。

基于原子精度殼層的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)有機(jī)合成性能調(diào)控原理圖示