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2023-03-21 11:17

中國(guó)科大突破光驅(qū)動(dòng)二氧化碳資源化利用瓶頸

近日，從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授熊宇杰、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。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)的光驅(qū)動(dòng)二氧化碳資源化利用率創(chuàng)下目前最高紀(jì)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(jìn)行與自然界光合作用相似的化學(xué)反應(yīng)，利用陽(yáng)光、二氧化碳和水生成人類所需物質(zhì)，是人類長(zhǎng)期以來的夢(mèng)想。然而，這種人工光合成體系進(jìn)行應(yīng)用嘗試時(shí)，面臨著一些重大挑戰(zhàn)，其關(guān)鍵是如何利用太陽(yáng)光中低能量的光子。紅外光是太陽(yáng)光譜中典型的低能光子，在太陽(yáng)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(yáng)能利用效率。

近年來，國(guó)際上包括熊宇杰團(tuán)隊(duì)在內(nèi)的先進(jìn)等離激元催化研究團(tuán)隊(duì)，都曾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。然而，等離激元金屬納米材料具有吸收低能光子的能力，卻難以將吸收的能量有效地利用到催化反應(yīng)中去，導(dǎo)致化學(xué)轉(zhuǎn)化活性很低。

熊宇杰團(tuán)隊(duì)針對(duì)等離激元催化的機(jī)制問題，開展了近十年的研究。研究團(tuán)隊(duì)此次設(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�。有鑒于等離激元催化的多光子吸收特點(diǎn)，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。

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