面向未來的光（熱）催化新材料體系探索

光（熱）催化性能的飛躍，根本上依賴于材料科學(xué)的突破。當(dāng)前研究已超越傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體，進(jìn)入原子級精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和多材料功能集成的新階段。單原子催化劑將貴金屬的利用率，并通過獨(dú)特的金屬-載體相互作用調(diào)控電子結(jié)構(gòu)，在光熱協(xié)同下展現(xiàn)出驚人的CO?加氫或水分解活性。為了精準(zhǔn)合成與表征這類材料，中教金源提供了包含化學(xué)氣相沉積模塊和原位X射線吸收譜測試接口的平臺，幫助研究人員在反應(yīng)條件下“看見"單原子活性中心的動態(tài)變化。

等離激元效應(yīng)為利用可見光打開了新窗口。金、銀、銅等納米結(jié)構(gòu)在光照射下會產(chǎn)生強(qiáng)烈的局部電磁場增強(qiáng)和熱效應(yīng)，不僅能高效捕獲光能，還能通過“熱電子注入"機(jī)制驅(qū)動原本無法發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。將等離激元金屬與半導(dǎo)體耦合，構(gòu)建肖特基結(jié)或直接Z型異質(zhì)結(jié)，可以實(shí)現(xiàn)光生載流子的高效空間分離。中教金源的可調(diào)諧激光光源與超快光譜系統(tǒng)，正是研究這類載流子超快動力學(xué)過程的關(guān)鍵工具，能夠揭示飛秒到納秒時(shí)間尺度內(nèi)的能量轉(zhuǎn)移與轉(zhuǎn)化路徑。

多孔晶體材料，如金屬/共價(jià)有機(jī)框架，因其可定制的孔道結(jié)構(gòu)、超高的比表面積和明確可調(diào)的活性位點(diǎn)，成為光（熱）催化領(lǐng)域的明星材料。它們可以作為“分子海綿"富集反應(yīng)物，或?qū)⒐饷魟?、催化中心以分子級別精確組裝在骨架上，實(shí)現(xiàn)多步驟串聯(lián)反應(yīng)的高效進(jìn)行。針對這類材料在光照和加熱下的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性問題，中教金源開發(fā)了兼容原位紅外、拉曼光譜的反應(yīng)池，允許研究人員實(shí)時(shí)監(jiān)測催化劑框架與吸附分子的變化，為理解其“結(jié)構(gòu)-性能"關(guān)系提供了動態(tài)視角。