CO2光催化已成为研究最多的CO2转化为更有价值燃料的领域之一。在这个过程中，光催化剂在太阳光照射下被激活，从而进行H2O2或H2O还原CO2。这种CO2加氢反应的产物很大程度上取决于催化剂能否实现单电子或多电子转移步骤。CO2加氢制CO，俗称逆水煤气变换（RWGS）反应，是目前最有前途的CO2利用途径之一。所生产的CO还可以作为原料，通过费托合成或其他合成工艺制甲醇、低碳烯烃和液态烃等。
近日，为提高光催化RWGS反应的性能，加拿大多伦多大学Geoffrey A. Ozin报道了一种基于周期性的一维TiN纳米管阵列的三元异质结催化剂，该异质结催化剂具有TiO2纳米颗粒中间层和In2O3−x(OH)y杂多酸壳层。
文章要点
1）研究人员首先采用受控电化学方法在Ti衬底上直接生长TiO2纳米管（ntTiO2）。然后将这些ntTiO2转化为TiN纳米管（ntTiN），以便获得TiN的光热效应。随后将一层TiO2纳米颗粒（ncTiO2）沉积在ntTiN上以形成ntTiN@ncTiO2结构，然后用氧化铟纳米颗粒进行涂层以形成最终的ntTiN@ncTiO2@ncIn2O3-x(OH)y光催化剂。
2）研究发现，异质结构中三组分的有序性决定了催化剂在CO2光催化中的活性。具体地说，TiN纳米管由于其强大的光吸收特性，不仅为光催化反应提供了光热驱动力，而且还充当了至关重要的支架，可最大程度地减少所需的In2O3-x(OH)y纳米颗粒的数量，从而提高了CO的生成速率。同时，TiO2纳米颗粒层提供光生电子和空穴，这些电子和空穴转移到In2O3−x(OH)y纳米颗粒上的活性位，参与催化剂表面发生的反应。
参考文献
Nhat Truong Nguyen, et al, Enhanced CO2 Photocatalysis by Indium Oxide Hydroxide Supported on TiN@TiO2 Nanotubes, Nano Lett., 2021
DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c04008
https://dx.doi.org/10.1021/acs.nanolett.0c04008
