利用太阳能将CO2催化还原为CO是同时解决碳中和问题和生产燃料的重要途径。然而，目前光催化CO2还原到CO仍然面临催化活性和选择性低的问题。纳米Au由于其优异的物理化学性质被广泛报道和使用在光催化CO2还原领域。然而，文献报道的fcc Au纳米颗粒作为助催化剂时，通常都将CO2还原为CH4，因此，如何改性Au纳米颗粒并调控其在光催化CO2还原中产物的选择性具有重要的研究意义。
图1 Au-TiO2光催化还原CO2机理图以及Twin Au结构示意图 近日福州大学龙金林教授团队与比利时鲁汶大学Maarten Roeffaers教授团队通过材料基因编辑工程，实现了在立方相（fcc）Au纳米颗粒中引入稳定的孪晶缺陷。理论计算结果表明，孪晶的引入可以调控光催化CO2还原的反应路径，具体而言，其打破了光催化还原CO2到CO路径中的热力学瓶颈，使反应朝着有利于CO产物生成的方向进行。实验结果表明，含有孪晶的Au纳米颗粒（T-Au）修饰的T-Au-TiO2复合材料的光催化CO2还原活性显著提高，并且产物中CO的选择性接近100%，而fcc Au-TiO2复合材料的CO2还原产物中CO的选择性为75%。 图2：光催化CO2还原活性及稳定性图 光催化CO2还原实验结果表明，空白TiO2能产16.8 µmol g-1 h-1 CO 和3.1 µmol g-1 h-1 CH4，其中CO的选择性为84%。而活性最优的5-T-Au/TiO2复合材料能产生608 µmol g-1 h-1的CO 并且选择性将近100%，超过了近年来报道的大多数相同类型的催化剂，该活性比空白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的选择性为75%。 论文信息 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
