光催化還原CO2與水蒸氣成烴類燃料，可同時解決氣候變暖和能源緊缺的問題。然而，C=O化學鍵的解離能非常高（750KJ/mol），導致CO2的活化和還原過程存在巨大的熱力學能壘。雖然很多半導體材料被證明具有光還原CO2的效果，但存在著效率低的問題。
等離子體奈米材料在光催化CO2還原中具有巨大的應用潛力，它的局域表面等離子體共振可以收集低能光子，進而產生高能的“熱電子”（hot electrons），以降低CO2的活化能壘。然而，熱電子驅動的CO2還原非常困難，通常會受到低效率和低選擇性的制約。
等離子體激發“熱點”受限光催化還原CO2示意圖
針對此問題，在最新的一篇AM文章中，作者提出了等離子體活性“熱點”（hot-spot）受限光催化的新思路。作者將W18O49奈米線組裝在Au奈米粒子外表面的TiO2電漿紡成的奈米纖維上，形成了大量的Au/TiO2/W18O49夾層狀樣亞結構。Au粒子與相鄰W18O49之間的近距離(< 10 nm)可誘導強烈的等離子體耦合，在亞結構中形成活躍的“熱點”。實驗和模擬分析表明，這些活性“熱點”不僅能夠聚集入射光，增強“熱電子”的產生和遷移，而且能夠透過Au/TiO2/W18O49介面的雙異質活性位點(Au-O-Ti和W-O-Ti)捕獲質子和CO。在光催化CO2還原過程中，這些活性“熱點”富集在Au/TiO2/W18O49中等離子體異質結構，可以協同限制熱電子、質子和CO中間體。結果顯示，此體系生成CH4和CO中間體的速率分別為35.55≈及≈2.57 µmol/（g·h)，CH4的選擇性≈93.3%.
這項工作表明，等離子體活性“熱點”限制光催化的想法將促進新一代等離子體光催化劑的發展，可將二氧化碳轉化為高價值的碳氫燃料，進而實現碳資源的高效利用。
原文連結：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202109330
