异质结与双功能助催化剂协同增强TiN基光热催化CO2-H2O广谱甲烷合成

研究人员通过构建TiN/Fe2O3异质结并负载NixCu1?x(OH)2双功能助催化剂，成功突破金属材料在CO2甲烷化中的电荷复合与活性位点限制，实现260.3 μmol gcat?1 h?1的CH4产率，创下红外响应光催化剂2.0%的量子效率纪录，为开发高效金属光催化剂提供新范式。

　　

这项突破性研究揭示了金属氮化钛(TiN)在光热协同催化领域的惊人潜力。通过精妙的异质结工程，研究团队将TiN与氧化铁(Fe₂O₃)基底构建成欧姆接触(Ohmic contact)，就像搭建了一座电子高速公路，让光生电荷能够无障碍地奔向各自的"工作岗位"。更妙的是，镍铜双金属氢氧化物(Ni_xCu_1?x(OH)₂)助催化剂就像智能调度员，不仅提升了光热转化效率，还通过Ni-Cu协同效应降低了关键中间体*CO质子化的能垒。

实验数据显示，这种"三合一"催化体系在808纳米红外光照射下，甲烷(CH₄)产量达到260.3微摩尔每克催化剂每小时(μmol g_cat^?1 h^?1)，比原始TiN提升了惊人的329.5倍！尤其令人振奋的是，其表观量子效率(AQE)达到2.0%，创下了红外光催化剂的性能新纪录。这项工作就像为金属光催化剂装上了"涡轮增压器"，通过异质结界面工程和双功能助催化剂的精准调控，成功解决了电荷复合和C₁中间体调控两大难题，为碳中和背景下CO₂资源化利用提供了创新解决方案。