铜-二氧化钛@硫铟锌中反向电子转移促进光催化二氧化碳还原

《Advanced Functional Materials》：Reversed Electron Transfer in Cu-TiO2@ZnIn2S4 for Boosting Photocatalytic CO2 Reduction

本研究针对光生电子转移方向调控难题，提出异原子金属依赖策略构建Cu-TiO2@ZnIn2S4核壳异质结。通过原位生长制备的催化剂展现出620 μmol g?1 h?1的CO产率（选择性99.4%），其性能提升源于界面电场引导的电子反向转移机制与Cu/Ti活性位点对*COOH中间体能垒的降低，为高活性光催化剂设计提供了新思路。

　　

自发性自由电子转移对二氧化碳（CO₂）光催化还原性能具有重要影响，然而光生电子转移方向的精准调控仍是巨大挑战。本研究提出一种异原子金属依赖策略，通过引导光生电子向特定催化活性位点转移，显著增强铜-二氧化钛@硫铟锌（Cu-TiO₂@ZIS）的CO₂光还原性能。采用原位生长法构建的高活性核壳异质结表现出卓越性能：在可见光驱动下，优化后的催化剂实现620 μmol g^?1 h^?1的一氧化碳（CO）产率（选择性达99.4%），较原始二氧化钛（TiO₂）和硫铟锌（ZIS）分别提升77.5倍和6.3倍。

原位表征与理论计算揭示，Cu-TiO₂与ZnIn₂S₄的结合因功函数差异形成强界面电场，铜（Cu）位点诱导光生电子从ZIS反向转移至Cu-TiO₂，生成富电子的铜/钛（Cu/Ti）活性位点，显著增强CO₂在活性位点的吸附能。更重要的是，该异质结体系大幅降低*COOH中间体形成的吉布斯自由能垒，犹如为CO₂还原反应架设了能量"高速通道"。这项工作通过操纵异原子金属依赖的电子转移路径，为设计高性能光催化剂开辟了新范式。