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。同時，金屬氧化物在氧分子活化體系中的表現(xiàn)并不盡人意，無法有效俘獲太陽能并將之傳遞給氧分子。中國科學技術大學熊宇杰教授課題組基于無機固體精準制備化學，采用晶體缺陷工程，設計出一類具有缺陷態(tài)的氧化鎢納米結構，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。該成果7月11日在線發(fā)表在國際重要化學期刊《美國化學會志》上。

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。另一方面，缺陷態(tài)的出現(xiàn)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(qū)寬譜范圍內俘獲太陽能。這就實現(xiàn)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。

“該成果是多學科交叉合作的結果”，熊宇杰說，其課題組在取得催化劑設計進展的基礎上，與本校江俊教授合作，以理論模擬方法清晰地描述了氧空位缺陷態(tài)在上述兩方面的貢獻，深入理解了其作用機制。而該校國家同步輻射實驗室宋禮教授和朱俊發(fā)教授課題組分別利用X射線吸收精細結構譜和光電子能譜，解析了缺陷態(tài)光催化劑的精細配位結構及能帶結構，證實了理論模擬結果。“正是基于該認識，我們得以通過晶體缺陷工程來調控太陽能向化學能轉換的性能，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。”

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