具有独特晶核/非晶壳结构的自结构黑色TiO₂（BT）表现出宽光谱太阳光响应，并能显著改善光致电子空穴对的分离和输运，从而提高载流子浓度。黑磷（BP）是一种类石墨烯层状材料，以其独特的物理化学特性而闻名，包括高载流子迁移率、可调带隙以及近红外和中红外区域的光电响应。BP基材料具有优异的光热和光化学特性，具有潜在的催化应用前景。

近日，中科院上硅所黄富强研究员，华东理工大学韩一帆教授报道了具有增强的宽光谱太阳光吸收性能和优异的电子迁移率的BP偶联的BT纳米复合材料（BP-BT）用于有效的光催化CO₂还原为CH₄。

文章要点

1）BP-BT复合光催化剂中独特的晶核-非晶壳结构和众多的表面氧空位有利于CO₂的高效吸附和活化。P的存在进一步增强了表面碱性和对酸性CO₂底物的吸附能力。

2）BP-BT复合材料表现出良好的紫外光或甚至可见光响应以及太阳能到热能到化学物质的转换。P含量为10 wt%的BP-BT催化剂在太阳光照射下，CH₄时空产率（STY）为16.8 μmol g^-1 h^-1，CH₄选择性为80.1%。在相同的反应条件下，其活性高于相应的BT，比原始TiO₂高约10倍。此外，该催化剂表现出优异的光稳定性和可观的可见光激发的光催化还原CO₂的性能。

3）为了深入揭示关键中间体、速率决定步骤（RDS）和BP-BT催化剂在光催化CO₂转化中的结构性能，研究人员通过N₂吸附、X射线衍射（XRD）、Xray光电子能谱（XPS）、紫外-可见、拉曼、低温电子顺磁共振（EPR）、高分辨率透射电子显微镜（HRTEM）、程序升温解吸（TPD）、动力学同位素效应（KIEs）和原位漫反射红外傅里叶变换光谱（FLEDS）对BP-BT催化剂进行了广泛的表征。

参考文献

Bi Q, Hu K, Chen J, Zhang Y , Riaz MS, Xu J, Han Y , Huang F , Black phosphorus coupled black titania nanocomposites with enhanced sunlight absorption properties for efficient photocatalytic CO₂ reduction, Applied Catalysis B: Environmental (2021)

DOI: 10.1016/j.apcatb.2021.120211

https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2021.120211