中國科大在太陽能驅(qū)動有機合成技術(shù)研究中取得進展

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

　　金屬鈀是眾多有機反應(yīng)的高效催化劑，然而與常見的金銀相比，常規(guī)金屬鈀納米材料的吸收太陽光能力較差，并且吸光范圍局限在紫外波段，給太陽能俘獲和利用帶來了巨大困難。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。如何針對有機合成的需求來調(diào)控并優(yōu)化這兩個過程，是目前該領(lǐng)域的難題。

　　熊宇杰課題組針對該系列挑戰(zhàn)，設(shè)計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，不僅可以在可見光和近紅外光寬譜范圍內(nèi)吸光，而且具有很強的吸光能力。與此同時，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，建立了這兩個等離激元過程與催化有機合成性能之間的內(nèi)在聯(lián)系?；谠撜J識，研究人員得以通過殼層厚度控制來調(diào)控太陽能驅(qū)動有機合成的性能。

　　迄今為止，金屬等離激元驅(qū)動催化反應(yīng)尚是一個新興研究方向，業(yè)界對于光熱效應(yīng)和熱電子效應(yīng)在其過程中的作用機制還不甚清楚。該進展為利用太陽能替代熱源驅(qū)動有機合成提供了可能性，也對等離激元催化材料的理性設(shè)計具有重要推動作用。

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

基于原子精度殼層的太陽能驅(qū)動有機合成性能調(diào)控原理圖示