通过光载流子在Au@TiO2界面促进H2O2的形成并抑制其分解

《Journal of the American Chemical Society》：Promoting Formation and Suppressing Decomposition of H2O2 via Photocarrier Flow at Au@TiO2 Interfaces

过氧化氢光催化制备中，金钛矿纳米结构通过局域表面等离子体共振调控电荷分离路径，实现350.5 mM h?1 g?1的高产率，较裸TiO?提升1.6倍产率并降低47%分解率。等离子体共振效应引导电子转移至Au核，促进O?还原，同时通过热电子中和TiO?中的空穴，抑制H?O?分解。形貌研究表明，更强的等离子体共振效应（如立方形结构）表现更优。等离子体介导的电荷调控为高效光催化材料设计提供了新原理。

　　

过氧化氢（H₂O₂）是一种有前景的绿色氧化剂和能量载体，但其工业生产过程仍然耗费大量能源和资源。利用氧气（O₂）和氢气（H₂）通过光催化合成是一种更安全、更可持续的替代方法，但其效率受到缓慢生成过程和快速分解途径的制约。在这里，我们展示了一种利用Au@TiO₂核壳纳米结构来克服这两个问题的方法。这种纳米立方结构的Au@TiO₂（NC@TiO₂）在全光谱照射下能够实现高达350.5 mM h^–1g^–1的过氧化氢生成速率，这一生成速率是纯TiO₂的1.6倍，同时分解速率降低了47%。光谱分析和模拟表明，Au核中的局域表面等离子体共振（LSPR）调控了光载流子的运动：在TiO₂中产生的电子被引导至Au表面促进O₂的还原，而等离子体热电子则中和了可能导致H₂O₂分解的TiO₂空穴。这种效应的形态依赖性也很明显：具有更强LSPR的NC@TiO₂性能优于菱形十二面体结构的Au@TiO₂。这些结果证明了等离子体介导的电荷导向机制在提高太阳能到化学能转化的效率和选择性方面具有巨大潜力，为下一代光催化剂的设计提供了理论依据。