單顆粒水平研究等離子體增強硝基苯加氫

山東大學鄭昭科：

　　背景介紹

　　苯胺作為重要的化工原料和中間體，被廣泛應用于染料、農藥等高附加值化學品的合成。然而，采用還原劑（亞硫酸氫鈉、鐵）的化學還原法其選擇性較差，傳統的熱催化需要高溫、高壓等條件，這兩種方法都帶來了安全問題和能源浪費。而光輔助合成作為一種綠色高效的合成方法，近年來受到了廣泛關注。

　　等離激元納米結構由于其局部表面等離子體共振效應（localized surface plasmon resonance，LSPR），對于一些有機物的催化轉化表現出優異的性能。對于光催化硝基苯加氫，由氫供體產生活性氫是其關鍵步驟。其中光生空穴可氧化氫供體以產生質子，同時質子耦合電子來還原硝基苯。但是，對于該類反應缺乏直接的載流子轉移證據，并且傳統宏觀表征會影響對反應機制的深入理解。

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　　硝基芳烴的加氫反應通常在苛刻的反應條件下進行，這會帶來安全問題和能源浪費。加氫反應的關鍵是在溫和條件下對產物的選擇性進行精細控制。山東大學鄭昭科教授報道了一種各向異性的Pd-Au納米棒，其在甲酸做氫供體時，表現出高效的等離子體增強硝基苯選擇性加氫活性。在可見光照射下，硝基苯加氫催化反應轉化率和選擇性均接近100%。作者創造性采用原位單顆粒光譜技術，研究了甲酸、硝基苯與金屬納米顆粒間的相互作用機制，發現單個Pd-Au

　　納米棒在甲酸中的熒光完全猝滅現象。此外，通過時域有限差分（FDTD）模擬和其它表征，發現了光誘導硝基苯吸附增強作用，這對于催化活性提升至關重要。該工作借助單顆粒熒光光譜表征為催化劑到甲酸的載流子轉移提供了直接的證據，并對合理設計雜化等離子體催化劑、進而促進生態友好的有機轉化提供了指導。