將CO2轉(zhuǎn)化為碳基產(chǎn)品(如CO、甲烷和甲醇)是解決全球變暖和能源危機問題的一種很有前途的方法。其中，光催化CO2還原因其可持續(xù)發(fā)展的特性而取得了相當大的進展。然而，目前人們大多只注重提高光催化產(chǎn)率，CO2光還原產(chǎn)物選擇性差的問題通常被忽視。因此，設計一種同時具有高的CO2光還原產(chǎn)率和選擇性的催化劑具有重要意義。
近日，吉林大學黃科科課題組采用水熱法和連續(xù)光沉積兩步法制備了一系列Cu/TiO2光催化劑，通過調(diào)節(jié)Cu/TiO2復合材料中光沉積Cu的量來調(diào)節(jié)Ti的t2g軌道占據(jù)狀態(tài)以實現(xiàn)高效的光催化CO2轉(zhuǎn)化。
實驗結(jié)果表明，Cu/TiO2-3材料表現(xiàn)出了最佳的性能，這是由于TiO2和Cu相互作用改變了催化劑的電子結(jié)構，由TiO2和Cu的最佳組合之間的強相互作用所帶來的Ti t2g軌道占用率導致高的光催化CO2還原性能(促進了電荷的傳輸)，因此Cu/TiO2-3上的CO產(chǎn)率高達15.27 μmol g-1h-1。
此外，密度泛函理論(DFT)計算結(jié)果證實了Cu/TiO2-3的最佳催化活性是由于界面之間的電荷分布不均勻和CO生成的最小吉布斯自由能壘造成的，并且該現(xiàn)象發(fā)生的主要原因是這種發(fā)生由于兩相的強相互作用和Cu 3d和Ti 3d的軌道雜化，導致在界面上有大量的電荷轉(zhuǎn)移。因此，我們的工作為調(diào)節(jié)復合催化劑的電子結(jié)構以實現(xiàn)高效的光催化提供了一個生動的案例。
Modulating Ti t2g Orbit-occupancy in Cu/TiO2 Composite for Selective Photocatalytic CO2 Reduction to CO. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202207600
