金属纳米结构中的表面等离子激元共振可以产生非平衡的热电子−空穴对，作为一种在纳米尺度上驱动化学反应的手段受到了广泛的关注。然而，捕捉等离激元异质结构中的热空穴来驱动氧化反应以平衡光催化CO₂还原反应一直具有挑战性。此外，关于气相光催化的平衡氧化还原反应途径的细节也很难确定。

近日，美国加州理工学院Harry A. Atwater首次报道了没有外加偏压，也没有牺牲电子供体存在的情况下，等离激元金属/p型半导体异质结用于气相光催化CO₂还原为CO。

文章要点

1）研究发现，在等离激元金属和p型半导体之间沉积一层氧化铝（Al₂O₃）界面层可以显著改善Au/p-GaN异质结上热空穴的界面分离，通过在Au表面进一步修饰Cu纳米颗粒可以加快CO₂的还原速率。

2）等离激元Au/p-GaN和Au−Cu/Al₂O₃/p-GaN异质结能够在无辅助的情况下进行选择性的气相光催化CO₂还原，通过水氧化平衡地生成CO，进而产生O₂。

3）研究人员阐明了等离激元金属（Au和Au−Cu）是CO₂还原的中心，其下层的p-GaN是水氧化的中心。此外，光催化研究表明，CO是唯一可以检测到的产物，对放氢的贡献可以忽略不计，这意味着所开发的光催化剂其具有极高的反应选择性。

参考文献

Rengui Li, et al, Unassisted Highly Selective Gas-Phase CO₂ Reduction with a Plasmonic Au/p-GaN Photocatalyst Using H₂O as an Electron Donor, ACS Energy Lett. 2021

DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00392

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c00392