在空心TiO2上设计空间分离的Au和CoO双助催化剂以增强CO2还原为CH4的光催化活性

摘要： 将二氧化碳光催化还原为太阳能燃料被视为解决能源?；突肪澄侍獾挠行揪?。本研究采用空间分离的CoO和Au双助催化剂分别负载于二氧化钛中空球（THS）内外表面（记作Aux@THS@CoO），作为光生空穴与电子收集器。研究发现Au纳米颗粒与钴物种在THS表面均匀沉积且未发生掺杂。漫反射光谱显示该材料在可见光区的光吸收性能显著增强。X射线光电子能谱分析表明其内部形成了促进光生载流子分离的内建电场。其中Au2.0@THS@COO样品展现出最高的光电流密度。结合二氧化碳吸附测试、电子顺磁共振谱及原位红外光谱结果表明：该材料对CO2具有高吸附能力，且CO2在THS氧缺陷位点的化学吸附可转化为活性中间体CO2-。最终Au2.0@THS@CoO在CH4体系中表现出显著增强的光催化还原CO2活性，其最优产率为13.3 μmol h-1 g-1，较纯THS提升60倍。原位红外光谱还证实反应过程中H2O同时作为电子给体和空穴捕获剂参与反应。最后研究提出了可能的光催化机理。