缺陷驱动的动力学在气相光催化CO2转化为太阳能燃料中的应用：使用含有Ti3+/Ti4+的TiO2和非化学计量的Ag2S纳米线

《ACS Catalysis》：Defect-Driven Dynamics in Gas-Phase Photocatalytic CO2 Conversion to Solar Fuels Using Ti3+/Ti4+ Containing TiO2 and Nonstoichiometric Ag2S Nanowires

本研究开发了一种由非晶TiO?和Ag?S纳米线组成的直接Z型异质结构A-TiO?/Ag?S，通过缺陷富集和强内建电场促进CO?光催化还原为CH?。实验结合原位DRIFTS、QM计算、XPS和EXAFS揭示了H?COH*中间体的反应路径及Ti3+/Ti?+、Ag+缺陷特征，在模拟阳光下CH?产率达30.31 μmol/g，较传统条件提升5倍，为太阳能制燃料提供了新策略。

　　

我们采用了一种综合方法研究了在非化学计量比表面光催化剂上CO₂的光还原过程，该方法结合了材料设计、先进的光谱技术和量子力学（QM）计算。我们开发了一种直接的Z型异质结构——A-TiO₂/Ag₂S纳米线，该结构由非晶态TiO₂和非化学计量比的Ag₂S纳米线组成。这种结构增强了缺陷特性和强内部电场（IEF），从而提高了电荷分离效率并减少了电子-空穴复合。通过原位漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFTS）和量子力学模拟的红外光谱，我们揭示了CO₂转化为CH₄的机制，其中涉及到H₂COH*中间体。Ti³⁺/Ti⁴⁺和Ag⁺缺陷环境通过X射线光电子能谱（XPS）和原位扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）得到了精确表征。在集中太阳光照射下，这种异质结构的CH₄产率为30.31 μmol/g，比常规的1太阳光条件提高了5倍。这些发现为通过定向缺陷工程和战略性异质结构设计来实现太阳能驱动的燃料合成提供了宝贵的见解。