模拟自然界中光合作用，将二氧化碳通过光催化技术转化为高附加值的碳氢化合物燃料，是实现“碳中和”与开发清洁能源的一种理想方案。缺陷态二氧化钛(TiO2)由于其独特的电子结构和物化性质，在光催化领域受到广泛关注。然而，单一的缺陷态TiO2缺乏CO2吸附-活化位点，且在光还原过程中还会伴随着H2O分解产生H2竞争反应，导致催化剂的光还原效率低、选择性差。在本工作中，我们设计合成了一种PdCu合金修饰的缺陷态TiO2（Pd1Cu1/TiO2-SBO）用于光催化CO2还原，CH4产物的生成速率为25 µmol g−1h−1，选择性接近100%。原位红外光谱表征和密度泛函理论（DFT）结果表明，PdCu合金和氧空位缺陷协同增强了光诱导载流子的分离并降低了关键中间体的生成能垒。同时光还原CO2过程中H2O分解被阻碍，表明Pd位点能够抑制H2竞争反应，有利于CO加氢提供更多的CHO*中间体。另外，PdCu合金中的Cu位点具有可调的d能带中心，可防止吸附物中毒，并加速中间体进一步反应生成CH4。该工作为开发具有高产物选择性的CO2光还原催化剂提供了有益借鉴。
该工作发表在Journal of Energy Chemistry上，题目为“PdCu alloy anchored defective titania for photocatalytic conversion of carbon dioxide into methane with 100% selectivity”。河南大学纳米科学与工程研究院张丽娜博士为论文第一作者，李秋叶教授和杨建军教授为论文共同通讯作者。本工作得到了国家自然科学基金、河南省高校科技创新团队、河南省优秀青年基金的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jechem.2024.01.002
（2020级博士研究生张丽娜供稿）
