近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授熊宇杰課題組基于無機固體精準(zhǔn)制備化學(xué)，采用晶體缺陷工程，設(shè)計了一類具有缺陷態(tài)的氧化鎢納米結(jié)構(gòu)，在廣譜光照條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的有氧偶聯(lián)催化性能，有望實現(xiàn)低能耗和低成本的有機化工技術(shù)。該工作在線發(fā)表于《美國化學(xué)會志》（J. Am. Chem. Soc. DOI: 10.1021/jacs.6b04629），共同第一作者是博士生張寧和李喜玉。
現(xiàn)今，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)動的，存在催化劑材料高成本、高能耗等缺點。與貴金屬催化劑相比，金屬氧化物具有低成本等優(yōu)點，但金屬氧化物在氧分子活化體系中的表現(xiàn)卻不盡人意，其瓶頸在于無法有效地俘獲太陽能并將之傳遞給氧分子。
針對該挑戰(zhàn)，熊宇杰課題組設(shè)計出了一類具有精準(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，無法通過化學(xué)吸附來活化氧分子。在該工作中，氧空位缺陷的構(gòu)筑克服了該缺點，促進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)大幅度地擴寬了光催化劑的吸光范圍，使其在可見光和近紅外光區(qū)寬譜范圍內(nèi)俘獲太陽能。這兩方面的貢獻實現(xiàn)了太陽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合成中的瓶頸問題。熊宇杰課題組通過與中國科大教授江俊合作，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。國家同步輻射實驗室教授宋禮和朱俊發(fā)課題組則分別利用X射線吸收精細結(jié)構(gòu)譜和光電子能譜解析了缺陷態(tài)光催化劑的精細配位結(jié)構(gòu)及能帶結(jié)構(gòu)，證實了理論模擬結(jié)果�；谠撜J識，研究人員得以通過晶體缺陷工程來調(diào)控太陽能驅(qū)動有機有氧偶聯(lián)反應(yīng)的性能，為利用太陽能替代熱源驅(qū)動有機合成提供了可能性，也對光催化材料的理性設(shè)計具有重要推動作用。
研究工作得到了科技部“973”計劃、國家自然科學(xué)基金、國家青年千人計劃、中科院百人計劃、合肥大科學(xué)中心、校重要方向項目培育基金等項目的資助。
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
