我校化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院和合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室熊宇杰教授課題組，基于先前在分子活化過(guò)程中金屬和氧分子間電荷轉(zhuǎn)移的發(fā)現(xiàn)（J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 3200），通過(guò)與武曉君教授和羅毅研究團(tuán)隊(duì)的張群副教授在材料設(shè)計(jì)與合成、理論模擬和先進(jìn)表征中的“三位一體化”合作，再次取得重要進(jìn)展。研究人員設(shè)計(jì)出電荷密度可調(diào)控的半導(dǎo)體?金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)，并揭示了該體系在氧分子活化中電荷轉(zhuǎn)移的競(jìng)爭(zhēng)行為和機(jī)制，進(jìn)而獲得了性能顯著改善的有機(jī)氧化反應(yīng)催化劑。該工作近日在線發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》雜志上（Angew. Chem. Int. Ed. DOI: 10.1002/anie. 201309660；http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201309660/abstract），論文的共同第一作者是博士生龍冉和毛可可。
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在這項(xiàng)研究工作之前，有機(jī)化學(xué)家普遍認(rèn)為半導(dǎo)體氧化物作為金屬催化劑的載體，在有機(jī)氧化反應(yīng)中主要是起到催化劑模板等作用。研究人員基于金屬催化劑表面電子態(tài)和分子活化的構(gòu)效關(guān)系，提出金屬納米晶體與半導(dǎo)體載體形成復(fù)合結(jié)構(gòu)的思路和方法，通過(guò)復(fù)合結(jié)構(gòu)中肖特基勢(shì)壘作用使得半導(dǎo)體光生電子遷移到金屬表面，從而有效地調(diào)控其表面電子態(tài)。在該工作中，研究人員首次以超快光譜和動(dòng)力學(xué)測(cè)量為探針，揭示了金屬表面等離激元導(dǎo)致的熱電子會(huì)直接注入n-型半導(dǎo)體導(dǎo)帶，與肖特基勢(shì)壘驅(qū)動(dòng)的電荷轉(zhuǎn)移形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。在闡明微觀作用機(jī)制的基礎(chǔ)上，研究人員得以通過(guò)光強(qiáng)調(diào)控這一簡(jiǎn)單而有效的手段，優(yōu)化催化劑在氧分子活化和有機(jī)氧化反應(yīng)中的活性。這項(xiàng)突破性研究進(jìn)展，有助于加深人們對(duì)光催化劑復(fù)合材料設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)，也對(duì)闡明有機(jī)化學(xué)界在氧化反應(yīng)中廣泛使用氧化物載體的原理具有重要意義。?
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這項(xiàng)研究得到了科技部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、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)重要方向項(xiàng)目培育基金等項(xiàng)目的資助。
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