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中科大團隊設(shè)計等離激元催化新材料

創(chuàng)光驅(qū)動二氧化碳轉(zhuǎn)化速率新紀錄

光明日報合肥3月6日電（記者馬榮瑞?通訊員王敏）中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授熊宇杰、龍冉研究團隊設(shè)計了一類等離激元催化材料，發(fā)現(xiàn)其獨特的界面耦合態(tài)直接電子激發(fā)機制，實現(xiàn)了可見光區(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)使用廣譜低強度光，甲烷產(chǎn)率高達0.55毫摩爾每克每小時，碳氫化合物的產(chǎn)物選擇性達100%，是目前世界上光驅(qū)動二氧化碳轉(zhuǎn)化速率的最高紀錄。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于《自然·通訊》。

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

近年來，國際上幾個先進的等離激元催化研究團隊（包括熊宇杰團隊），提出利用金屬納米材料的等離激元效應(yīng)來驅(qū)動催化反應(yīng)的思路，希望解決半導(dǎo)體光催化面臨的瓶頸問題。

熊宇杰研究團隊設(shè)計的材料在可見光區(qū)和紅外光區(qū)范圍內(nèi)，皆可驅(qū)動二氧化碳與水高選擇性轉(zhuǎn)化為碳氫化合物。鑒于等離激元催化的多光子吸收特點，團隊設(shè)計優(yōu)化了反應(yīng)裝置，實現(xiàn)了散射光子的高效吸收，從而突破了當前光驅(qū)動二氧化碳資源化利用領(lǐng)域的瓶頸?！蹲匀弧ねㄓ崱冯s志審稿人評價：“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>

《光明日報》（ 2023年03月07日?14版）