刷新最高纪录 中国科大创新红外人工光合成技术
中国新闻网 2023-03-04 11:32:26
(资料图)
记者2日从中国科学技术大学获悉，该校熊宇杰教授、龙冉研究团队设计了一类等离激元催化材料，实现了可见光区和红外光区二氧化碳与水的高选择性转化。相关研究成果日前发表于国际知名学术期刊《自然-通讯》(Nature Communications)。
据介绍，该技术使用广谱低强度光，甲烷产率高达0.55毫摩尔每克每小时，碳氢化合物的产物选择性达100%，是目前光驱动二氧化碳资源化利用的最高纪录。
通过人造材料，进行与自然界光合作用相似的化学反应，利用阳光、二氧化碳和水生成人类所需物质，是人类长期以来的梦想，但面临着如何利用太阳光中低能量的光子等重大挑战。
红外光是太阳光谱中典型的低能光子，在太阳光谱中占比高达53%。通常的半导体光催化技术只能利用紫外区和可见区的光子来驱动化学转化，制约了太阳能利用效率。
近年来，国际上几个先进的等离激元催化研究团队，提出利用金属纳米材料的等离激元效应来驱动催化反应的思路，希望解决半导体光催化面临的瓶颈问题，但该思路存在化学转化活性低的弱点。
在近十年的研究中，熊宇杰研究团队聚焦二氧化碳与水的转化反应，基于等离激元材料的催化活性位点设计，形成金属与二氧化碳分子的有效杂化耦合体系。通过一系列工况条件下的谱学表征，实现高效多光子吸收和选择性能量转移。
基于该作用机制，研究团队设计的材料在可见光区和红外光区范围内，皆可驱动二氧化碳与水高选择性转化为碳氢化合物。随后团队设计优化了反应装置，实现了散射光子的高效吸收，从而突破了当前光驱动二氧化碳资源化利用领域的瓶颈。 (记者 吴兰)
