研究成果近日在線發表在國際重要化學期刊《美國化學會志》上。

當今的有機化工體系中，絕大部分催化反應是基于貴金屬催化劑的使用，并且是依靠石油、煤炭的燃燒所驅動的，存在催化劑材料成本高、能耗高等缺點。金屬氧化物具有低成本等優點，并且展現出光催化活性，是一類理想的催化材料。然而，金屬氧化物在氧分子活化體系中的表現卻不盡人意，無法有效俘獲太陽能。

熊宇杰課題組針對該挑戰，設計出一類具有精準可控氧空位缺陷態的氧化鎢納米結構。

據介紹，通常金屬氧化物無法通過化學吸附來活化氧分子。而氧空位缺陷的構筑克服了該缺點，促進了光生電子從氧化物催化劑向氧分子的高效轉移。此外，缺陷態的出現大幅度擴寬了光催化劑的吸光范圍，使其在可見光和近紅外光區寬譜范圍內俘獲太陽能。這就實現了太陽能的有效俘獲及能量轉換傳遞，解決了氧化物催化劑在光催化有機合成中的瓶頸問題。

熊宇杰介紹，以太陽能驅動有機合成過程，將有望替代傳統的熱催化技術，從而實現低能耗的化工生產，為緩解當前的能源困境提供了新思路。該“缺陷納米結構”技術的關鍵在于如何降低催化劑材料成本并提高能量轉換效率。

熊宇杰說，“該研究為利用太陽能替代熱源驅動有機合成提供了可能性，也對光催化材料的理性設計具有重要推動作用。”