中科大新发明 大幅提高太阳能转化率

传统的太阳能是利用半导体光催化技术，但这一材料催化效果不强，且有局限性。近日，中科大熊宇杰教授课题组发明一种金属钯纳米结构催化剂，这种催化剂具有高催化活性和太阳能利用特性，可以在室温光谱辐照下达到热反应70摄氏度下的催化转化效率。这一进展为利用太阳能替代热源驱动有机催化反应供应了可能，成果发表在著名学术期刊《德国应用化学》上。

鉴于化石能源的过度开采和逐渐枯竭，太阳能向化学能的定向转换引起业界广泛关注。传统的利用太阳能驱动化学反应路径是基于半导体光催化技术，然而半导体材料关于很多有机反应来说，并不具有高催化活性及选择性。针对该瓶颈问题，材料化学家们提出通过结合金属的催化活性和光学特性来实现有机催化反应的思路，从而有望替代传统的热催化方法。

金属钯是一种高效催化剂，然而与常见的金银相比，其纳米结构的局域表面吸光截面小且响应光谱范围局限在紫外波段，给太阳能俘获和利用带来巨大困难。针对这一挑战，熊宇杰课题组设计了一类尺寸为50纳米且具有内凹型结构的金属钯纳米晶体，通过结构对称性的降低和颗粒尺寸的增大，使其能够在可见光宽谱范围内吸光，吸光后的光热效应足以为有机催化反应供应热源。该设计的独特之处在于，纳米结构的尖端棱角处具有超强的聚光能力从而出现局部高温，同时棱角处也是催化反应的高活性位点，实现了太阳能利用和催化活性在空间分布上的合二为一。