基于晶體缺陷工程的低能耗低成本有機(jī)合成技術(shù)
?基于氧化鎢納米晶體缺陷工程的光催化有氧偶聯(lián)技術(shù)原理圖示及性能
現(xiàn)今有機(jī)化工體系中絕大部分催化反應(yīng)是基于貴金屬催化劑的使用，并且是依靠石油、煤炭的燃燒所驅(qū)動(dòng)的，存在高催化劑材料成本、高能耗等缺點(diǎn)，限制了其進(jìn)一步發(fā)展。例如，與眾多有機(jī)環(huán)氧化、碳?xì)浠衔镅趸⒋碱?lèi)氧化及有氧偶聯(lián)反應(yīng)相關(guān)的氧分子活化過(guò)程，通常是利用貴金屬催化或熱能完成的。與貴金屬催化劑相比，金屬氧化物具有低成本等優(yōu)點(diǎn)，且可展現(xiàn)出光催化活性，是一類(lèi)理想的催化材料。然而，金屬氧化物在氧分子活化體系中的表現(xiàn)卻不盡人意，其瓶頸在于無(wú)法有效地俘獲太陽(yáng)能并將之傳遞給氧分子。
熊宇杰課題組針對(duì)該挑戰(zhàn)，設(shè)計(jì)出了一類(lèi)具有精準(zhǔn)可控氧空位缺陷態(tài)的氧化鎢納米結(jié)構(gòu)。通常金屬氧化物的金屬原子具有配位飽和的特點(diǎn)，無(wú)法通過(guò)化學(xué)吸附來(lái)活化氧分子。在該工作中，氧空位缺陷的構(gòu)筑克服了該缺點(diǎn)，促進(jìn)了光生電子從氧化物催化劑向氧分子的高效轉(zhuǎn)移。另一方面，缺陷態(tài)的出現(xiàn)大幅度地?cái)U(kuò)寬了光催化劑的吸光范圍，使其在可見(jiàn)光和近紅外光區(qū)寬譜范圍內(nèi)俘獲太陽(yáng)能。這兩方面的貢獻(xiàn)實(shí)現(xiàn)了太陽(yáng)能的有效俘獲及能量轉(zhuǎn)換傳遞，解決了氧化物催化劑在光催化有機(jī)合成中的瓶頸問(wèn)題。熊宇杰課題組通過(guò)與江俊教授合作，以理論模擬方法清晰地描述了氧空位缺陷態(tài)在這兩方面的貢獻(xiàn)。國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室的宋禮教授和朱俊發(fā)教授課題組則分別利用X射線(xiàn)吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜和光電子能譜解析了缺陷態(tài)光催化劑的精細(xì)配位結(jié)構(gòu)及能帶結(jié)構(gòu)，證實(shí)了理論模擬結(jié)果?；谠撜J(rèn)識(shí)，研究人員得以通過(guò)晶體缺陷工程來(lái)調(diào)控太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)有機(jī)有氧偶聯(lián)反應(yīng)的性能，為利用太陽(yáng)能替代熱源驅(qū)動(dòng)有機(jī)合成提供了可能性，也對(duì)光催化材料的理性設(shè)計(jì)具有重要推動(dòng)作用。
研究工作得到了科技部973計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家人才計(jì)劃、中科院人才計(jì)劃、合肥大科學(xué)中心、校重要方向項(xiàng)目培育基金等項(xiàng)目的資助。
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（化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心，合肥大科學(xué)中心，國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室）
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