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，并且是依靠石油、煤炭的燃烧所驱动的，存在催化剂材料成本高、能耗高等缺点。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人意，无法有效俘获太阳能。
    中国科学技术大学熊宇杰课题组针对该挑战，基于无机固体精准制备化学，采用晶体缺陷工程，设计出一类具有精准可控氧空位缺陷态的氧化钨纳米结构。该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。相关成果日前在线发表于《美国化学会志》。
    据介绍，通常金属氧化物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。此外，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。
    熊宇杰介绍，以太阳能驱动有机合成过程，将有望替代传统的热催化技术，从而实现低能耗的化工生产，为缓解当前的能源困境提供了新思路。该“缺陷纳米结构”技术的关键在于如何降低催化剂材料成本并提高能量转换效率。
    熊宇杰说，“该研究为利用太阳能替代热源驱动有机合成提供了可能性，也对光催化材料的理性设计具有重要推动作用。”