在金屬光催化劑上,利用用水(H2O)實現CO2還原,并在分子水平上理解相應的機制還具有挑戰性。基于此,陜西科技大學李英宣教授和中科院長春應用化學研究所王穎副研究員(共同通訊作者)等人報道了具有量子尺寸的金納米顆粒(Au NPs)可通過主要源自帶間躍遷的電子-空穴對在H2O輔助下將CO2光催化還原為CO。在文中,作者通過一鍋還原法合成了直徑約為4 nm的量子尺寸Au NPs,并用作有效的光催化劑,通過帶間躍遷在H2O輔助下將CO2還原為CO。需注意,在相同的實驗條件下,在420 nm的低強度輻照下,Au NPs光催化劑的CO生成速率為4.73 mmol g-1 h-1,選擇性約為100%,是H2還原CO2的速率的2.5倍。密度泛函理論(DFT)計算和實驗研究表明,活性增加是由H2O分解形成的表面Au-O物種引起的,這同步優化了CO2還原和H2O氧化反應中的速率決定步驟,降低了*CO解吸和*OOH的能壘形成,并促進CO和O2的產生。此外,Au上的CO2還原和H2O氧化反應分別遵循CO2→*COOH→*CO→CO(g)和H2O→*OH→*O–→*O→*OOH→O2路線。該研究結果為設計活性金屬光催化劑以利用H2O有效還原CO2提供了深入的機理理解。Molecular-level insight into photocatalytic CO2 reduction with H2O over Au nanoparticles by interband transitions. Nat. Commun., 2022, DOI: 10.1038/s41467-022-31474-2.https://doi.org/10.1038/s41467-022-31474-2.