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“鈀”納米材,大幅提高太陽能利用率
日期:2019-03-27   [復制鏈接]
責任編輯:huaqiyue_gh 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
編者按:中國科學技術(shù)大學熊宇杰教授課題組設(shè)計了一類獨特的金屬鈀納米材料,同時具有高催化活性和太陽能利用特性,在光驅(qū)動有機加氫反應中展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能,在室溫光照下即可達到70攝氏度加熱反應的催化轉(zhuǎn)化效率。

中國科學技術(shù)大學熊宇杰教授課題組設(shè)計了一類獨特的金屬鈀納米材料,同時具有高催化活性和太陽能利用特性,在光驅(qū)動有機加氫反應中展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能,在室溫光照下即可達到70攝氏度加熱反應的催化轉(zhuǎn)化效率。該成果近日發(fā)表在國際著名化學期刊《德國應用化學》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(zhuǎn)換已日益引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。傳統(tǒng)的利用太陽能驅(qū)動化學反應路徑是基于半導體的光催化技術(shù),但半導體材料對于很多有機反應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(jié)合金屬的催化活性和光學特性來實現(xiàn)有機催化反應,希望替代傳統(tǒng)的熱催化方法。

金屬鈀是眾多有機反應的高效催化劑,例如它與氫氣的相互作用使其具有優(yōu)異的加氫反應催化性能。但與常見的金銀相比,常規(guī)金屬鈀納米材料的吸收太陽光能力較差,吸光范圍局限在僅占太陽能5%的紫外波段,給太陽能俘獲和利用帶來巨大困難。

針對這一挑戰(zhàn),熊宇杰小組設(shè)計了一類尺寸為50納米且具有內(nèi)凹型結(jié)構(gòu)的金屬鈀納米材料,通過降低結(jié)構(gòu)對稱性和增大顆粒尺寸,使其能夠在可見光寬譜范圍內(nèi)吸光,吸光后的光熱效應足以為有機加氫反應提供熱源。該設(shè)計的獨特之處在于,納米結(jié)構(gòu)的尖端棱角處具有超強的聚光能力從而產(chǎn)生局部高溫,并且棱角處也是加氫反應的高活性位點,實現(xiàn)了太陽能利用和催化活性的合二為一?;谠撛O(shè)計,他們開發(fā)出的金屬鈀納米材料在室溫光照下即可有效驅(qū)動有機加氫反應,而傳統(tǒng)熱催化技術(shù)需要將反應加熱至70攝氏度以上才能實現(xiàn)完全化學轉(zhuǎn)化。

熊宇杰表示,迄今為止,基于金屬材料的光驅(qū)動催化反應還是一個新興研究方向,業(yè)界對于其過程中金屬材料扮演的角色還不太清楚。該進展不但為利用太陽能替代熱源驅(qū)動有機催化反應提供了可能,也對相關(guān)催化材料的科學設(shè)計具有重要推動作用,未來有望應用于重要化學品的光合成。

原標題:“鈀”納米材,大幅提高太陽能利用率

 
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