光催化CO2還原反應(yīng)(CRR)被認(rèn)為是將CO2轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的碳質(zhì)化合物(如CO、CH4、CH3OH和C2H4等)的一種有前途的方法。由于CH3OH適合儲(chǔ)存和運(yùn)輸，因此是最理想的產(chǎn)品之一。Cu2O能抑制競(jìng)爭(zhēng)性HER反應(yīng)和激活CO2分子，是光催化CRR產(chǎn)生CH3OH最有前途的材料之一。
然而，Cu2O的主要缺點(diǎn)是穩(wěn)定性差，這極大地限制了其實(shí)際應(yīng)用。Cu2O作為光催化劑，過量的光對(duì)其的穩(wěn)定性是有害的。具體而言，當(dāng)Cu2O直接暴露在模擬陽(yáng)光下時(shí)，其會(huì)吸收紫外光并能產(chǎn)生高能“熱”電子和空穴。高能的“熱”電子和空穴以及“熱”載流子弛豫產(chǎn)生的熱振動(dòng)會(huì)加劇Cu2O的腐蝕。因此，迫切需要開發(fā)一種通用和有效的保護(hù)策略，以保護(hù)Cu2O免受光腐蝕，同時(shí)確保在光催化CRR過程中有足夠的活性位點(diǎn)暴露。近日，南京理工大學(xué)李盎和闞二軍等開發(fā)了一種遮光策略來保護(hù)Cu2O免受過量輻照引起的光腐蝕，從而大大提高了光催化劑的穩(wěn)定性。具體而言，研究人員在Pt@TiO2內(nèi)表面沉積Cu2O，形成Cu2O-Pt@TiO2?；贛ie散射理論，該催化劑實(shí)現(xiàn)了光的重新分配，在遮蔽紫外光的同時(shí)允許可見光通過TiO2。利用時(shí)域有限差分(FDTD)模擬計(jì)算了TiO2的近場(chǎng)強(qiáng)度分布，清楚地顯示了TiO2的輻照再分配能力。在光照條件下，Cu2O-Pt@TiO2的TiO2殼層可以為Cu2O提供一個(gè)溫和的光照環(huán)境，減輕過度輻照引起的光生空穴的快速積累，從而削弱光腐蝕。此外，TiO2吸收紫外光后的光生電子能夠通過Z型形式從Pt向Cu2O轉(zhuǎn)移，并與Cu2O中的空穴重組，進(jìn)一步提高了Cu2O的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的涂層保護(hù)策略相比，基于Mie散射理論的策略確保了Cu2O的適當(dāng)遮蔽效果，并保留了Cu2O表面的活性位點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定的CO2還原活性。因此，Cu2O-Pt@TiO2表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化CO2還原性能，在10小時(shí)內(nèi)的CH3OH產(chǎn)率高達(dá)22.66 mmol g-1，并且該催化劑在四個(gè)循環(huán)反應(yīng)過程中仍保持良好的活性，循環(huán)反應(yīng)結(jié)束后材料的形貌和結(jié)構(gòu)幾乎未發(fā)生變化，表現(xiàn)出良好的反應(yīng)穩(wěn)定性。總的來說，該項(xiàng)工作為抗光腐蝕光催化劑的設(shè)計(jì)提供了一種新策略，并為在納米尺度上實(shí)現(xiàn)光照重新分配提供了參考。Chemosphere-inspired irradiation reallocation strategy based on Mie theory for stable CO2 photoreduction over Cu2O. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.3c05802
