中科大团队设计等离激元催化新材料

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中科大团队设计等离激元催化新材料

创光驱动二氧化碳转化速率新纪录

光明日报合肥3月6日电（记者马荣瑞 通讯员王敏）中国科学技术大学教授熊宇杰、龙冉研究团队设计了一类等离激元催化材料，发现其独特的界面耦合态直接电子激发机制，实现了可见光区和红外光区二氧化碳与水的高选择性转化。该技术使用广谱低强度光，甲烷产率高达0.55毫摩尔每克每小时，碳氢化合物的产物选择性达100%，是目前世界上光驱动二氧化碳转化速率的最高纪录。相关研究成果日前发表于《自然·通讯》。

通过人造材料，进行与自然界光合作用相似的化学反应，利用阳光、二氧化碳和水生成人类所需物质，是人类长期以来的梦想。然而，这种人工光合成体系进行应用尝试时，面临着一些重大挑战，其关键是如何利用太阳光中低能量的光子。红外光是太阳光谱中典型的低能光子，在太阳光谱中占比高达53%。通常的半导体光催化技术只能利用紫外区和可见区的光子来驱动化学转化，制约了太阳能利用效率。

近年来，国际上几个先进的等离激元催化研究团队（包括熊宇杰团队），提出利用金属纳米材料的等离激元效应来驱动催化反应的思路，希望解决半导体光催化面临的瓶颈问题。

熊宇杰研究团队设计的材料在可见光区和红外光区范围内，皆可驱动二氧化碳与水高选择性转化为碳氢化合物。鉴于等离激元催化的多光子吸收特点，团队设计优化了反应装置，实现了散射光子的高效吸收，从而突破了当前光驱动二氧化碳资源化利用领域的瓶颈。《自然·通讯》杂志审稿人评价：“该工作所取得的高产物选择性和红外光利用极具创新性。”

《光明日报》（ 2023年03月07日 14版）