双功能银助催化剂修饰钛酸钙光催化剂实现CO2与H2O高效共转化制备CO和H2O2

为解决CO2光催化还原选择性差与H2O2绿色合成难题，研究人员通过浸渍法（IMP）在CaTiO3（CTO）表面构建双功能Ag助催化剂体系，实现CO产率较光沉积法（PD）提升2倍并同步生成H2O2，为碳资源转化提供新策略。

　　

全球气候危机与能源转型背景下，如何将温室气体CO₂转化为高附加值化学品成为研究热点。传统光催化体系面临选择性差、产物单一等挑战，尤其在水相环境中CO₂还原易被竞争性析氢反应抑制。与此同时，工业级H₂O₂生产依赖高能耗的蒽醌工艺，亟需开发绿色合成途径。

日本北九州市立大学（University of Kitakyushu）的研究团队创新性地采用浸渍法（IMP）在钙钛矿型CaTiO₃（CTO）光催化剂表面构建双功能银（Ag）助催化剂系统。通过精确调控Ag纳米颗粒（NPs）在CTO晶体氧化面和还原面的空间分布，成功实现CO₂-to-CO转化效率较传统光沉积法（PD）提升100%，并首次在该体系中发现H₂O₂的同步生成，相关成果发表在《Cardiology Clinics》。

研究团队主要采用三大关键技术：1）熔盐法合成单晶CTO载体；2）浸渍法实现Ag NPs在CTO晶面的选择性负载；3）同步辐射X射线吸收精细结构谱（XAFS）分析Ag化学状态。通过对比IMP与PD两种制备方法，结合瞬态吸收光谱和电化学表征揭示界面电荷传输机制。

【Sample preparation】
采用NaCl熔盐法制备高结晶度CTO微晶，通过调控AgNO₃浸渍浓度（0.1-1.0 wt%）获得系列Ag/CTO催化剂。IMP法在H₂退火后形成5-10 nm金属Ag NPs，而PD法则产生更大尺寸（20-50 nm）且分布不均的Ag团簇。

【Photocatalytic Performance】
在300 W氙灯照射下，0.5 wt% Ag(IMP)/CTO的CO产率达15.2 μmol/h，是PD样品的2.3倍。值得注意的是，IMP样品同时检测到6.8 μmol/h的H₂O₂积累，而PD体系几乎无氧化产物生成。同位素标记实验证实CO碳源来自CO₂而非有机物分解。

【Conclusion】
该研究突破性地证明：1）IMP法可精准控制Ag NPs在CTO特定晶面的锚定，形成空间分离的还原-氧化活性中心；2）小尺寸Ag NPs（<10 nm）更有利于CO₂吸附活化；3）H₂O氧化路径从传统的O₂析出转向更具经济价值的H₂O₂生成。这种"一石二鸟"的策略为设计多功能光催化系统提供了新范式，Tayyebeh Soltani等研究者通过调控金属-半导体界面电子结构，首次实现Δ_rG°=+366 kJ/mol的热力学爬坡反应的高效驱动。

该工作的创新价值在于：1）将贵金属Ag的负载成本降低50%以上；2）开创CO与H₂O₂联产新工艺，理论上可使过程经济性提升3倍；3）为理解晶面依赖的催化机制提供直接证据。正如Hisao Yoshida教授强调的，这种简易可扩展的制备方法有望推动光催化技术从实验室走向实际应用。