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刷新最高紀(jì)錄，中國科大創(chuàng)新紅外人工光合成技術(shù) 當(dāng)前焦點(diǎn)
發(fā)布日期： 2023-03-02 21:41:31 來源： 中國新聞網(wǎng)


(相關(guān)資料圖)

記者2日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校熊宇杰教授、龍冉研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一類等離激元催化材料，實(shí)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。相關(guān)研究成果日前發(fā)表于國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》(Nature Communications)。

據(jù)介紹，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%，是目前光驅(qū)動(dòng)二氧化碳資源化利用的最高紀(jì)錄。

通過人造材料，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，但面臨著如何利用太陽光中低能量的光子等重大挑戰(zhàn)。

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(dá)53%。通常的半導(dǎo)體光催化技術(shù)只能利用紫外區(qū)和可見區(qū)的光子來驅(qū)動(dòng)化學(xué)轉(zhuǎn)化，制約了太陽能利用效率。

近年來，國際上幾個(gè)先進(jìn)的等離激元催化研究團(tuán)隊(duì)，提出利用金屬納米材料的等離激元效應(yīng)來驅(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題，但該思路存在化學(xué)轉(zhuǎn)化活性低的弱點(diǎn)。

在近十年的研究中，熊宇杰研究團(tuán)隊(duì)聚焦二氧化碳與水的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，基于等離激元材料的催化活性位點(diǎn)設(shè)計(jì)，形成金屬與二氧化碳分子的有效雜化耦合體系。通過一系列工況條件下的譜學(xué)表征，實(shí)現(xiàn)高效多光子吸收和選擇性能量轉(zhuǎn)移。

基于該作用機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的材料在可見光區(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?。隨后團(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。

（來源：中國新聞網(wǎng) 記者吳蘭）

【編輯：金鑫】　

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