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中國(guó)科技大學(xué)科研人員采用“晶體缺陷工程”，設(shè)計(jì)出一種“缺陷納米結(jié)構(gòu)”，該成果有望變革現(xiàn)代化工。

研究成果近日在線發(fā)表在國(guó)際重要化學(xué)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。

當(dāng)今的有機(jī)化工體系中，絕大部分催化反應(yīng)是基于貴金屬催化劑的使用，并且是依靠石油、煤炭的燃燒所驅(qū)動(dòng)的，存在催化劑材料成本高、能耗高等缺點(diǎn)。金屬氧化物具有低成本等優(yōu)點(diǎn)，并且展現(xiàn)出光催化活性，是一類理想的催化材料。然而，金屬氧化物在氧分子活化體系中的表現(xiàn)卻不盡人意，無(wú)法有效俘獲太陽(yáng)能。

熊宇杰課題組針對(duì)該挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)出一類具有精準(zhǔn)可控氧空位缺陷態(tài)的氧化鎢納米結(jié)構(gòu)。

據(jù)介紹，通常金屬氧化物無(wú)法通過(guò)化學(xué)吸附來(lái)活化氧分子。而氧空位缺陷的構(gòu)筑克服了該缺點(diǎn)，促進(jìn)了光生電子從氧化物催化劑向氧分子的高效轉(zhuǎn)移。此外，缺陷態(tài)的出現(xiàn)大幅度擴(kuò)寬了光催化劑的吸光范圍，使其在可見(jiàn)光和近紅外光區(qū)寬譜范圍內(nèi)俘獲太陽(yáng)能。這就實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能的有效俘獲及能量轉(zhuǎn)換傳遞，解決了氧化物催化劑在光催化有機(jī)合成中的瓶頸問(wèn)題。

熊宇杰介紹，以太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)有機(jī)合成過(guò)程，將有望替代傳統(tǒng)的熱催化技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)低能耗的化工生產(chǎn)，為緩解當(dāng)前的能源困境提供了新思路。該“缺陷納米結(jié)構(gòu)”技術(shù)的關(guān)鍵在于如何降低催化劑材料成本并提高能量轉(zhuǎn)換效率。

熊宇杰說(shuō)，“該研究為利用太陽(yáng)能替代熱源驅(qū)動(dòng)有機(jī)合成提供了可能性，也對(duì)光催化材料的理性設(shè)計(jì)具有重要推動(dòng)作用。”