由于化石能源的過度開采和逐漸枯竭，太陽能向化學能的定向轉(zhuǎn)換已日益引起業(yè)界的廣泛關注。傳統(tǒng)的利用太陽能驅(qū)動反應路徑是基于半導體的光催化技術(shù)，但半導體材料對很多有機反應不具有高催化活性及選擇性。針對這一難題，我國科學家提出通過結(jié)合金屬的催化活性和光學特性來實現(xiàn)有機催化反應。這一成果近日發(fā)表在國際著名化學期刊《德國應用化學》上。

金屬鈀是眾多有機反應的高效催化劑，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，給太陽能俘獲和利用帶來巨大困難。

能不能找到一種同時具有高催化活性和太陽能利用特性的催化劑？為此，中國科學技術(shù)大學熊宇杰教授課題組設計了一類尺寸為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，吸光后的光熱效應足以為有機加氫反應提供熱源。這一設計的獨特之處在于，納米結(jié)構(gòu)的尖端棱角處具有超強的聚光能力從而產(chǎn)生局部高溫，并且棱角處也是加氫反應的高活性位點，實現(xiàn)了太陽能利用和催化活性的合二為一。基于該設計，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)動有機加氫反應，而傳統(tǒng)熱催化技術(shù)需要將反應加熱至70攝氏度以上才能實現(xiàn)完全化學轉(zhuǎn)化。

熊宇杰表示，迄今為止，基于金屬材料的光驅(qū)動催化反應還是一個新興研究方向，業(yè)界對于其過程中金屬材料扮演的角色還不太清楚。該進展不但為利用太陽能替代熱源驅(qū)動有機催化反應提供了可能，也對相關催化材料的科學設計具有重要推動作用，未來有望應用于重要化學品的光合成。（文/佘惠敏楊保國）