金属合金纳米颗粒（NPs）和单原子（SAs）之间的协同作用可以最大限度地提高催化活性。然而，利用SAs与合金NPs之间的协同作用进行光催化还原CO2尚未见相关研究报道。

基于此，电子科技大学董帆教授报道了开发了一种简便的光沉积方法来在TiO₂上共沉积Cu SAs和Au−Cu合金NPs（Cu_xAu_1−x/TiO₂, x= 1.0, 0.8, 0.6, 0.4, 0.2和 0），用于光催化CO₂和H₂O合成太阳能燃料。

文章要点

1）实验结果显示，优化后的Cu_0.8Au_0.2/TiO₂光催化剂获得了创纪录的高性能，甲烷的生成率为3578.9 μmol⁻¹ h⁻¹，C₂H₄的生成率为369.8 μmol⁻¹ h⁻¹，这使得利用太阳光光催化来合成增值燃料变得更加现实。

2）研究人员利用原位红外光谱和DFT计算揭示了光催化CO₂还原和C-C偶联生成C₂H₄的分子机理。Cu-SAs和Au−Cu合金NPs的协同作用可以提高CO₂和H₂O的吸附活性，降低生成CH₄和C₂H₄的总活化能垒（包括速率控制步骤）。这些因素都使得高效稳定生产太阳能燃料CH₄和C₂H₄成为可能。

所提出的协同SAs和金属合金助催化剂的概念可以推广到其他体系，从而有助于开发更高效的助催化剂。

参考文献

Yangyang Yu, et al, Synergistic Effect of Cu Single Atoms and Au−Cu Alloy Nanoparticles on TiO₂ for Efficient CO₂ Photoreduction, ACS Nano, 2021

DOI: 10.1021/acsnano.1c03961

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c03961