ChemCatChem：CeO2的独特物理化学性质及其作为光催化剂底物的潜在功效总结

传统化石燃料的广泛使用促进了工业化与城市化的快速发展，但同时也导致了能源消耗和温室气体排放的大幅增加。这不仅对生态环境造成了严重损害，还导致了由于大气中CO₂积累而引起的海平面上升问题。面对能源与环境的这一双重挑战，光催化二氧化碳还原技术已成为一种具有前景的解决方案。光催化二氧化碳还原能够生成多种有价值的产物，例如C1产物（如甲烷、甲醇、甲酸）以及C2和C3产物（如乙烯、乙烷、乙醇、丙烯等）。由于这些产物在工业应用中的不同需求，对所需产品的精确控制和纯化尤为重要。最为关键的是，光催化剂的设计与合成对于高效还原二氧化碳和产物生成至关重要。

图1. 综述内容概述图

作为一种性能卓越的材料，CeO₂凭借其独特的物理和化学特性，在制造高效催化剂方面得到了广泛应用，对提升光催化性能发挥着至关重要的作用。当氧原子被释放后，铈中形成氧空位(O_v)，同时两个电子从氧原子中逸出并迁移到邻近的铈原子上，导致部分Ce⁴⁺转化为Ce³⁺。另外，O_v的存在对催化剂产生双重影响：一方面促进可见光吸收，另一方面影响电荷转移能力。O_v上的不饱和金属活性位点可促进CO₂的电子捕获过程，形成CO₂^·-，从而推动活化和化学吸附过程。

在针对CeO₂改性的研究中，南开大学材料科学与工程学院的沈铸睿课题组详细阐述了CeO₂的独特物理化学性质及其作为光催化剂底物的潜在功效。在构建异质结、非金属/金属掺杂等改性策略中，本综述特别强调了其中一种：贵金属(NMs)掺杂/负载。通过研究不同贵金属(Au、Ag、Pd、Pt、Ru、Rh、Ir)的改性组合，探讨了各种贵金属存在对光催化CO₂转化的影响及其机制。包括金属引发的表面等离子体共振效应（SPR），促进高能热电子的产生。显著提高了载流子的分离和转移效率。综述最后强调了贵金属掺杂CeO₂基光催化剂在CO₂光催化转化领域的重要性，及其带来的挑战和前景。

图2. Ag改性CeO₂前后能带结构示意图

论文信息

Enhanced CO₂ Photoreduction with Noble Metal-Modified CeO₂-Synthesis, Mechanisms, and Catalytic Insights: A mini review

Hexiang Zhao, Xiaowen Yang, Yingnan Duan, Zhurui Shen

ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202301295