光催化剂即将实现太阳能的有效俘获及能量转换传递

中国科学技术大学熊宇杰教授课题组基于无机固体精准制备化学，采用晶体缺陷工程，设计出一类具有缺陷态的氧化钨纳米结构，在广谱光照条件下展现出优异的有氧偶联催化性能，有望实现低能耗和低成本的有机化工技术。该成果7月11日在线发表在国际重要化学期刊《美国化学会志》上。

当今的有机化工体系中，绝大部分催化反应是基于贵金属催化剂的使用，并且依靠石油、煤炭的燃烧所驱动，存在催化剂材料成本高、能耗高等缺点。而金属氧化物具有低成本等优点，并且展现出光催化活性，是一类理想的催化材料。然而，金属氧化物在氧分子活化体系中的表现却不尽如人意，无法有效俘获太阳能并将之传递给氧分子。

熊宇杰课题组针对该挑战，设计出一类具有精准可控氧空位缺陷态的氧化钨纳米结构。通常金属氧化物的金属原子具有配位饱和的特点，无法通过化学吸附来活化氧分子。而氧空位缺陷的构筑克服了该缺点，促进了光生电子从氧化物催化剂向氧分子的高效转移。另一方面，缺陷态的出现大幅度扩宽了光催化剂的吸光范围，使其在可见光和近红外光区宽谱范围内俘获太阳能。这就实现了太阳能的有效俘获及能量转换传递，解决了氧化物催化剂在光催化有机合成中的瓶颈问题。