河北科技大学李发堂课题组ACS Catalysis：铋纳米晶中高分散铜位点通过级联过程优化光催化CO₂制CH₄的热力学路径

本文针对光催化CO₂还原为CH₄过程中存在的电荷复合快、中间体选择性差等问题，开发了一种CuBi双金属串联催化体系。研究背景在于化石燃料消耗导致的CO₂过量排放及全球环境危机，而光催化CO₂转化为高附加值燃料是重要策略。研究目的是通过优化TiO₂表面CO₂还原的热力学路径，提高CH₄产率和选择性。研究通过将高度分散的Cu位点嵌入金属Bi纳米晶中，构建CuBi-TiO₂异质结。结论表明，CuBi双金属修饰显著提升了TiO₂的光生载流子分离效率，并实现了电子向CuBi位点的定向转移。优化后的Cu₁₀Bi₉₀-TiO₂在无牺牲剂条件下，CH₄产率达84.1 μmol·g⁻¹·h⁻¹，选择性高达97.3%。机理研究发现，CuBi/TiO₂界面形成的欧姆接触促进了电子转移，而Bi中高度分散的Cu位点改变了CO₂吸附构型并增强*CO中间体的稳定吸附，最终通过Bi与Cu的串联协同作用使CO₂选择性转化为CH₄在热力学上更有利。该工作为高效高选择性CO₂光还原为CH₄提供了设计原则。