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編者按：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授課題組設(shè)計(jì)了一類獨(dú)特的金屬鈀納米材料，同時(shí)具有高催化活性和太陽能利用特性，在光驅(qū)動有機(jī)加氫反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，在室溫光照下即可達(dá)到70攝氏度加熱反應(yīng)的催化轉(zhuǎn)化效率。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)熊宇杰教授課題組設(shè)計(jì)了一類獨(dú)特的金屬鈀納米材料，同時(shí)具有高催化活性和太陽能利用特性，在光驅(qū)動有機(jī)加氫反應(yīng)中展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，在室溫光照下即可達(dá)到70攝氏度加熱反應(yīng)的催化轉(zhuǎn)化效率。該成果近日發(fā)表在國際著名化學(xué)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》上。

鑒于化石能源的過度開采和逐漸枯竭，太陽能向化學(xué)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(xué)反應(yīng)路徑是基于半導(dǎo)體的光催化技術(shù)，但半導(dǎo)體材料對于很多有機(jī)反應(yīng)并不具有高催化活性及選擇性。針對該瓶頸問題，材料化學(xué)家們提出通過結(jié)合金屬的催化活性和光學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)有機(jī)催化反應(yīng)，希望替代傳統(tǒng)的熱催化方法。

金屬鈀是眾多有機(jī)反應(yīng)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(yīng)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(jì)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(yīng)足以為有機(jī)加氫反應(yīng)提供熱源。該設(shè)計(jì)的獨(dú)特之處在于，納米結(jié)構(gòu)的尖端棱角處具有超強(qiáng)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(yīng)的高活性位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了太陽能利用和催化活性的合二為一。基于該設(shè)計(jì)，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(jī)加氫反應(yīng)，而傳統(tǒng)熱催化技術(shù)需要將反應(yīng)加熱至70攝氏度以上才能實(shí)現(xiàn)完全化學(xué)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(yīng)還是一個(gè)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(jìn)展不但為利用太陽能替代熱源驅(qū)動有機(jī)催化反應(yīng)提供了可能，也對相關(guān)催化材料的科學(xué)設(shè)計(jì)具有重要推動作用，未來有望應(yīng)用于重要化學(xué)品的光合成。

原標(biāo)題：“鈀”納米材，大幅提高太陽能利用率