在金属光催化剂上，利用用水（H2O）实现CO2还原，并在分子水平上理解相应的机制还具有挑战性。基于此，陕西科技大学李英宣教授和中科院长春应用化学研究所王颖副研究员（共同通讯作者）等人报道了具有量子尺寸的金纳米颗粒（Au NPs）可通过主要源自带间跃迁的电子-空穴对在H2O辅助下将CO2光催化还原为CO。
在文中，作者通过一锅还原法合成了直径约为4 nm的量子尺寸Au NPs，并用作有效的光催化剂，通过带间跃迁在H2O辅助下将CO2还原为CO。需注意，在相同的实验条件下，在420 nm的低强度辐照下，Au NPs光催化剂的CO生成速率为4.73 mmol g-1 h-1，选择性约为100%，是H2还原CO2的速率的2.5倍。密度泛函理论（DFT）计算和实验研究表明，活性增加是由H2O分解形成的表面Au-O物种引起的，这同步优化了CO2还原和H2O氧化反应中的速率决定步骤，降低了*CO解吸和*OOH的能垒形成，并促进CO和O2的产生。此外，Au上的CO2还原和H2O氧化反应分别遵循CO2→*COOH→*CO→CO(g)和H2O→*OH→*O-→*O→*OOH→O2路线。该研究结果为设计活性金属光催化剂以利用H2O有效还原CO2提供了深入的机理理解。Molecular-level insight into photocatalytic CO2 reduction with H2O over Au nanoparticles by interband transitions. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-31474-2.https://doi.org/10.1038/s41467-022-31474-2.
