可见光响应型Au/CeO2修饰Ti-沸石Y纳米复合材料的制备及其光催化CO2还原与水解制氢性能研究

本研究针对温室气体减排和清洁能源生产需求，通过直接合成法制备了Ti掺杂沸石Y载体，并采用双初湿浸渍法负载CeO2和Au纳米颗粒，开发出具有可见光活性的xTYCeAu系列光催化剂。研究发现3.5% Ti含量样品在525 nm光照下实现最高CO2转化率（149.3 μmol·g-1·h-1），且Ce的引入显著提升H2产率，为设计高效多相光催化剂提供了新思路。

　　

随着全球气候变化加剧，二氧化碳（CO₂）减排和清洁能源开发成为当务之急。光催化技术因其能利用太阳能同时实现CO₂资源化和水分解制氢而备受关注，但现有催化剂普遍存在可见光利用率低、产物选择性差等瓶颈。沸石材料因其规整孔道结构和可调酸性成为理想载体，但如何通过精准调控活性组分构建高效光催化体系仍是重大挑战。

针对这一科学问题，国内研究团队在《Catalysis Today》发表了创新性研究成果。研究人员采用直接合成法将钛（Ti）引入沸石Y骨架（含量0.7%-3.5%），再通过双初湿浸渍法依次负载铈（Ce，1%）和金（Au，0.1%-0.3%），构建了TYAu和TYCeAu两个系列光催化剂。通过X射线衍射（XRD）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等表征手段，结合CO₂-程序升温脱附（TPD）和紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）等技术，系统研究了材料结构-性能关系。

3.1 结构形貌与织构特性
XRD显示3.5% Ti样品（5TY）结晶度下降，SEM观察到其形貌从典型八面体转变为无定形球状聚集体。TEM证实Au粒径随Ti含量增加而增大（5-20 nm），且Ce的引入会促进更大颗粒形成（>20 nm）。N₂吸附显示高Ti样品比表面积从850骤降至168 m²/g，但Ce/Au修饰使5TYCeAu恢复至271 m²/g。

3.2 表面化学与光学性质
CO₂-TPD证实高Ti样品碱性位点减少60%，XPS揭示Ce3?/Ce??比与Au?/Au?比呈负相关（1TYCeAu达1.3）。UV-Raman显示5TY中非晶态TiO₂在Ce修饰后部分转化为锐钛矿相。UV-Vis证实Au的表面等离子体共振（SPR）效应使材料具有可见光响应，Ce的引入使带隙从3.63 eV降至3.09 eV。

3.4 光催化性能
在525 nm可见光下：

• CO₂还原：5TYCeAu获得最高转化率（149.3 μmol·g^-1·h^-1），但高Ti含量（3.5%）使CH₄选择性从65%降至60%，促进CH₃OH（62.2 μmol·g^-1·h^-1）和CH₂O（37.3 μmol·g^-1·h^-1）生成。
• 水分解制氢：1TYCeAu产氢量最高，Ce对高Ti样品（5TYCeAu）的促进作用尤为显著，产氢速率提升40%。

这项研究创新性地通过Ti-Ce-Au多组分协同调控，实现了沸石基材料在可见光下的双功能催化（CO₂还原+水分解）。特别值得注意的是，当Au?/Au?比约为Ce3?/Ce??比的一半时（如5TYCeAu），催化剂表现出最优性能。该工作为设计"一石二鸟"型光催化剂提供了新策略，通过调控金属-载体相互作用（MSI）和氧空位浓度，可同时应对能源危机和环境污染两大挑战。后续研究可进一步优化活性组分空间分布，探索其在工业废气处理中的应用潜力。