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“缺陷”纳米有望变革现代化工

发布时间:2016-07-21 点击数:590

中国科技大学科研人员采用“晶体缺陷工程”,设计出一种“缺陷纳米结构”,该成果有望变革现代化工。

研究成果近日在线发表在国际重要化学期刊《美国化学会志》上。

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。金属氧化物具有低成本等优点,并且展现出光催化活性,是一类理想的催化材料。然而,金属氧化物在氧分子活化体系中的表现却不尽人意,无法有效俘获太阳能。

熊宇杰课题组针对该挑战,设计出一类具有精准可控氧空位缺陷态的氧化钨纳米结构。

据介绍,通常金属氧化物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。此外,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。

熊宇杰介绍,以太阳能驱动有机合成过程,将有望替代传统的热催化技术,从而实现低能耗的化工生产,为缓解当前的能源困境提供了新思路。该“缺陷纳米结构”技术的关键在于如何降低催化剂材料成本并提高能量转换效率。

熊宇杰说,“该研究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。”