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【DFT+實驗】郭洪Small：LSPR誘導缺陷半導體界面電荷轉(zhuǎn)移/分離，增強光催化CO2RR活性

最新研究表明，以貴金屬納米粒子，特別是具有局域表面等離子體共振效應(LSPR)的納米粒子作為功能催化劑的等離子體金屬-半導體體系是提高半導體光催化劑還原性能的有效途徑之一。除了引入LSPR，表面空位工程是半導體修飾的另一個關(guān)鍵策略，它在調(diào)節(jié)能帶結(jié)構(gòu)、捕獲電子等方面起著至關(guān)重要的作用。

然而，目前對半導體光催化劑與LSPR之間的協(xié)同效應研究較少，并且含空位和LSPR半導體的催化機理尚不清楚。因此，構(gòu)建具有空位效應和LSPR效應的光催化劑并探究其光催化機理具有重要的意義。

基于此，云南大學郭洪課題組制備了一種具有空位的金屬-半導體光催化劑(Ag@Nb₂O_5-x)，并研究了其光催化CO₂RR的機理。具體而言，研究人員首先利用密度泛函理論(DFT)計算研究了Ag@Nb₂O_5-x的反應機理。

結(jié)果表明，在氧空位中引入銀納米粒子不僅可以改善CO₂的捕獲和活化，而且還可以作為共吸附活性位點來穩(wěn)定中間體，從而最終導致產(chǎn)生高價值的CO?；谏鲜鰡l(fā)，研究人員在Nb₂O_5-x表面均勻沉積了Ag光催化劑，并將其應用于催化CO₂RR。

實驗結(jié)果和理論計算表明，在這個金屬-半導體系統(tǒng)中，由于氧空位增強了電子俘獲，大量光生電子在界面處富集；LSPR共振產(chǎn)生的能量被快速注入電子，導致光生電子的快速轉(zhuǎn)移，從根本上提高了電荷分離的效率。此外，集中的光生空穴使催化劑上的水氧化產(chǎn)生氧氣，同時等離子體熱效應通過降低速率控制步驟的能壘來改善CO₂RR的反應動力學。

因此，最優(yōu)的Ag-20@Nb₂O_5-x催化劑具有優(yōu)異的還原性能，CO產(chǎn)率可達59.13 μmol g^?1，且具有較高的選擇性?？傊@項工作利用理論計算輔助制備了設(shè)計巧妙的金屬半導體光催化劑并實現(xiàn)更有效的電荷轉(zhuǎn)移，為未來開發(fā)具有高性能的LSPR誘導的缺陷半導體提供了指導。

Enhanced Interfacial Charge Transfer/Separation By LSPR-Induced Defective Semiconductor Toward High Co₂RR Performance. Small, 2023.?

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