金属合金纳米粒子(NPs)和单原子(SAs)之间的协同作用可以最大限度地提高催化活性。然而，还没有利用SAs和合金NPs之间的协同作用用于光催化CO₂还原的相关报道。近日，电子科技大学Fan Dong等报道了一种简便的光沉积方法，将Cu SAs和Au-Cu合金纳米颗粒共负载在TiO₂上，用于将CO₂和H₂O光催化转化成燃料。

本文要点：

1）优化后的光催化剂实现了创纪录的高性能，CH₄和C₂H₄的形成速率分别为3578.9μmol g^-1 h^-1和369.8 μmol g^-1 h^-1，这使通过太阳光驱动合成增值燃料变得更加现实。

2）作者结合原位FT-IR光谱和DFT计算揭示了光催化CO₂还原和C-C耦合形成C₂H₄的分子机制。

3）作者认为，Cu SAs和Au-Cu合金纳米颗粒的协同作用可以增强CO₂和H₂O的吸附活化，并降低CH₄和C₂H₄形成（包括速率决定步骤）的整体活化能垒。这些因素使得该催化剂能够高效稳定地生产CH₄和C₂H₄太阳能燃料。

该工作报道的SAs和金属合金协同催化剂的概念可以扩展到其它系统，从而有助于开发更高效的催化剂。

Yangyang Yu, et al. Synergistic Effect of Cu Single Atoms and Au–Cu Alloy Nanoparticles on TiO₂ for Efficient CO₂ Photoreduction. ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c03961

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c03961