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中科大團隊設計等離激元催化新材料
創光驅動二氧化碳轉化速率新紀錄
光明日報合肥3月6日電（記者馬榮瑞?通訊員王敏）中國科學技術大學教授熊宇杰、龍冉研究團隊設計了一類等離激元催化材料，發現其獨特的界面耦合態直接電子激發機制，實現了可見光區和紅外光區二氧化碳與水的高選擇性轉化。該技術使用廣譜低強度光，甲烷產率高達0.55毫摩爾每克每小時，碳氫化合物的產物選擇性達100%，是目前世界上光驅動二氧化碳轉化速率的最高紀錄。相關研究成果日前發表于《自然·通訊》。
通過人造材料，進行與自然界光合作用相似的化學反應，利用陽光、二氧化碳和水生成人類所需物質，是人類長期以來的夢想。然而，這種人工光合成體系進行應用嘗試時，面臨著一些重大挑戰，其關鍵是如何利用太陽光中低能量的光子。紅外光是太陽光譜中典型的低能光子，在太陽光譜中占比高達53%。通常的半導體光催化技術只能利用紫外區和可見區的光子來驅動化學轉化，制約了太陽能利用效率。
近年來，國際上幾個先進的等離激元催化研究團隊（包括熊宇杰團隊），提出利用金屬納米材料的等離激元效應來驅動催化反應的思路，希望解決半導體光催化面臨的瓶頸問題。
熊宇杰研究團隊設計的材料在可見光區和紅外光區范圍內，皆可驅動二氧化碳與水高選擇性轉化為碳氫化合物。鑒于等離激元催化的多光子吸收特點，團隊設計優化了反應裝置，實現了散射光子的高效吸收，從而突破了當前光驅動二氧化碳資源化利用領域的瓶頸。《自然·通訊》雜志審稿人評價：“該工作所取得的高產物選擇性和紅外光利用極具創新性。”
《光明日報》（ 2023年03月07日?14版）
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