利用太陽能將CO2催化還原為CO是同時(shí)解決碳中和問題和生產(chǎn)燃料的重要途徑。然而，目前光催化CO2還原到CO仍然面臨催化活性和選擇性低的問題。納米Au由于其優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)被廣泛報(bào)道和使用在光催化CO2還原領(lǐng)域。然而，文獻(xiàn)報(bào)道的fcc Au納米顆粒作為助催化劑時(shí)，通常都將CO2還原為CH4，因此，如何改性Au納米顆粒并調(diào)控其在光催化CO2還原中產(chǎn)物的選擇性具有重要的研究意義。
圖1 Au-TiO2光催化還原CO2機(jī)理圖以及Twin Au結(jié)構(gòu)示意圖 近日福州大學(xué)龍金林教授團(tuán)隊(duì)與比利時(shí)魯汶大學(xué)Maarten Roeffaers教授團(tuán)隊(duì)通過材料基因編輯工程，實(shí)現(xiàn)了在立方相（fcc）Au納米顆粒中引入穩(wěn)定的孿晶缺陷。理論計(jì)算結(jié)果表明，孿晶的引入可以調(diào)控光催化CO2還原的反應(yīng)路徑，具體而言，其打破了光催化還原CO2到CO路徑中的熱力學(xué)瓶頸，使反應(yīng)朝著有利于CO產(chǎn)物生成的方向進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，含有孿晶的Au納米顆粒（T-Au）修飾的T-Au-TiO2復(fù)合材料的光催化CO2還原活性顯著提高，并且產(chǎn)物中CO的選擇性接近100%，而fcc Au-TiO2復(fù)合材料的CO2還原產(chǎn)物中CO的選擇性為75%。 圖2：光催化CO2還原活性及穩(wěn)定性圖 光催化CO2還原實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，空白TiO2能產(chǎn)16.8 μmol g-1 h-1 CO 和3.1 μmol g-1 h-1 CH4，其中CO的選擇性為84%。而活性最優(yōu)的5-T-Au/TiO2復(fù)合材料能產(chǎn)生608 μmol g-1 h-1的CO 并且選擇性將近100%，超過了近年來報(bào)道的大多數(shù)相同類型的催化劑，該活性比空白TiO2 高了近 40 倍。相比而言，5-fcc-Au/TiO2只能生成305 μmol g-1 h-1 CO 和 102 μmol g-1 h-1 CH4，其中CO的選擇性為75%。 論文信息 Site-Sensitive Selective CO2 Photoreduction to CO over Gold Nanoparticles Haowei Huang, # Jiwu Zhao, # Bo Weng,* Feili Lai, Menglong Zhang, Johan Hofkens, Maarten B. J. Roeffaers, Julian A. Steele*, Jinlin Long* Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202204563
