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中科大團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)等離激元催化新材料

創(chuàng)光驅(qū)動(dòng)二氧化碳轉(zhuǎn)化速率新紀(jì)錄

光明日?qǐng)?bào)合肥3月6日電（記者馬榮瑞?通訊員王敏）中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授熊宇杰、龍冉研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一類(lèi)等離激元催化材料，發(fā)現(xiàn)其獨(dú)特的界面耦合態(tài)直接電子激發(fā)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光區(qū)和紅外光區(qū)二氧化碳與水的高選擇性轉(zhuǎn)化。該技術(shù)使用廣譜低強(qiáng)度光，甲烷產(chǎn)率高達(dá)0.55毫摩爾每克每小時(shí)，碳?xì)浠衔锏漠a(chǎn)物選擇性達(dá)100%，是目前世界上光驅(qū)動(dòng)二氧化碳轉(zhuǎn)化速率的最高紀(jì)錄。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《自然·通訊》。

通過(guò)人造材料，進(jìn)行與自然界光合作用相似的化學(xué)反應(yīng)，利用陽(yáng)光、二氧化碳和水生成人類(lèi)所需物質(zhì)，是人類(lèi)長(zhǎng)期以來(lái)的夢(mèng)想。然而，這種人工光合成體系進(jìn)行應(yīng)用嘗試時(shí)，面臨著一些重大挑戰(zhàn)，其關(guān)鍵是如何利用太陽(yáng)光中低能量的光子。紅外光是太陽(yáng)光譜中典型的低能光子，在太陽(yáng)光譜中占比高達(dá)53%。通常的半導(dǎo)體光催化技術(shù)只能利用紫外區(qū)和可見(jiàn)區(qū)的光子來(lái)驅(qū)動(dòng)化學(xué)轉(zhuǎn)化，制約了太陽(yáng)能利用效率。

近年來(lái)，國(guó)際上幾個(gè)先進(jìn)的等離激元催化研究團(tuán)隊(duì)（包括熊宇杰團(tuán)隊(duì)），提出利用金屬納米材料的等離激元效應(yīng)來(lái)驅(qū)動(dòng)催化反應(yīng)的思路，希望解決半導(dǎo)體光催化面臨的瓶頸問(wèn)題。

熊宇杰研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的材料在可見(jiàn)光區(qū)和紅外光區(qū)范圍內(nèi)，皆可驅(qū)動(dòng)二氧化碳與水高選擇性轉(zhuǎn)化為碳?xì)浠衔?。鑒于等離激元催化的多光子吸收特點(diǎn)，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)優(yōu)化了反應(yīng)裝置，實(shí)現(xiàn)了散射光子的高效吸收，從而突破了當(dāng)前光驅(qū)動(dòng)二氧化碳資源化利用領(lǐng)域的瓶頸?！蹲匀弧ねㄓ崱冯s志審稿人評(píng)價(jià)：“該工作所取得的高產(chǎn)物選擇性和紅外光利用極具創(chuàng)新性?！?/p>

《光明日?qǐng)?bào)》（ 2023年03月07日?14版）