光催化CO2还原反应(CRR)被认为是将CO2转化为有价值的碳质化合物(如CO、CH4、CH3OH和C2H4等)的一种有前途的方法。由于CH3OH适合储存和运输，因此是最理想的产品之一。Cu2O能抑制竞争性HER反应和激活CO2分子，是光催化CRR产生CH3OH最有前途的材料之一。
然而，Cu2O的主要缺点是稳定性差，这极大地限制了其实际应用。Cu2O作为光催化剂，过量的光对其的稳定性是有害的。具体而言，当Cu2O直接暴露在模拟阳光下时，其会吸收紫外光并能产生高能“热”电子和空穴。高能的“热”电子和空穴以及“热”载流子弛豫产生的热振动会加剧Cu2O的腐蚀。因此，迫切需要开发一种通用和有效的保护策略，以保护Cu2O免受光腐蚀，同时确保在光催化CRR过程中有足够的活性位点暴露。近日，南京理工大学李盎和阚二军等开发了一种遮光策略来保护Cu2O免受过量辐照引起的光腐蚀，从而大大提高了光催化剂的稳定性。具体而言，研究人员在Pt@TiO2内表面沉积Cu2O，形成Cu2O-Pt@TiO2。基于Mie散射理论，该催化剂实现了光的重新分配，在遮蔽紫外光的同时允许可见光通过TiO2。利用时域有限差分(FDTD)模拟计算了TiO2的近场强度分布，清楚地显示了TiO2的辐照再分配能力。在光照条件下，Cu2O-Pt@TiO2的TiO2壳层可以为Cu2O提供一个温和的光照环境，减轻过度辐照引起的光生空穴的快速积累，从而削弱光腐蚀。此外，TiO2吸收紫外光后的光生电子能够通过Z型形式从Pt向Cu2O转移，并与Cu2O中的空穴重组，进一步提高了Cu2O的稳定性。与传统的涂层保护策略相比，基于Mie散射理论的策略确保了Cu2O的适当遮蔽效果，并保留了Cu2O表面的活性位点，从而实现了高效稳定的CO2还原活性。因此，Cu2O-Pt@TiO2表现出优异的光催化CO2还原性能，在10小时内的CH3OH产率高达22.66 mmol g-1，并且该催化剂在四个循环反应过程中仍保持良好的活性，循环反应结束后材料的形貌和结构几乎未发生变化，表现出良好的反应稳定性。总的来说，该项工作为抗光腐蚀光催化剂的设计提供了一种新策略，并为在纳米尺度上实现光照重新分配提供了参考。Chemosphere-inspired irradiation reallocation strategy based on Mie theory for stable CO2 photoreduction over Cu2O. ACS Catalysis, 2024. DOI: 10.1021/acscatal.3c05802
