中国科大在太阳能驱动有机合成技术研究中取得进展
近日，中国科学技术大学教授熊宇杰课题组基于无机固体精准制备化学，设计了一类具有原子精度壳层的双金属纳米结构，具有广谱太阳能利用特性。通过与中国科大教授张群研究组合作，在皮秒超快时间尺度上诠释了等离激元特性在催化反应中的效应，进而实现了太阳能驱动有机合成性能的调控。该工作发表在5月13日出版的《美国化学会志》上。共同第一作者是博士生黄浩和张雷。
金属钯是众多有机反应的高效催化剂，然而与常见的金银相比，常规金属钯纳米材料的吸收太阳光能力较差，并且吸光范围局限在紫外波段，给太阳能俘获和利用带来了巨大困难。另一方面，金属纳米材料吸光后的等离激元效应非常复杂，一般是通过产生具有高能量的热电子传递给催化反应分子或者以光热转换为催化反应提供热源。如何针对有机合成的需求来调控并优化这两个过程，是目前该领域的难题。
熊宇杰课题组针对该系列挑战，设计出了一类具有原子精度壳层的金-钯核壳纳米结构。在该设计中，金内核的一维棒状结构大幅度地提高了其吸光性能，不仅可以在可见光和近红外光宽谱范围内吸光，而且具有很强的吸光能力。与此同时，在原子精度上厚度可控的金属钯壳层为调控热电子寿命和光热转换速率提供了便利。研究人员基于系统的催化测试，并结合张群课题组的超快吸收光谱表征，建立了这两个等离激元过程与催化有机合成性能之间的内在联系。基于该认识，研究人员得以通过壳层厚度控制来调控太阳能驱动有机合成的性能。
迄今为止，金属等离激元驱动催化反应尚是一个新兴研究方向，业界对于光热效应和热电子效应在其过程中的作用机制还不甚清楚。该进展为利用太阳能替代热源驱动有机合成提供了可能性，也对等离激元催化材料的理性设计具有重要推动作用。
上述研究工作得到了国家自然科学基金、国家青年千人计划、中科院百人计划、合肥大科学中心、中科院先导专项、学校重要方向项目培育基金等项目的资助。
基于原子精度壳层的太阳能驱动有机合成性能调控原理图示
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