【DFT+实验】郭洪Small：LSPR诱导缺陷半导体界面电荷转移/分离，增强光催化CO2RR活性

最新研究表明，以贵金属纳米粒子，特别是具有局域表面等离子体共振效应(LSPR)的纳米粒子作为功能催化剂的等离子体金属-半导体体系是提高半导体光催化剂还原性能的有效途径之一。除了引入LSPR，表面空位工程是半导体修饰的另一个关键策略，它在调节能带结构、捕获电子等方面起着至关重要的作用。

然而，目前对半导体光催化剂与LSPR之间的协同效应研究较少，并且含空位和LSPR半导体的催化机理尚不清楚。因此，构建具有空位效应和LSPR效应的光催化剂并探究其光催化机理具有重要的意义。

基于此，云南大学郭洪课题组制备了一种具有空位的金属-半导体光催化剂(Ag@Nb₂O_5-x)，并研究了其光催化CO₂RR的机理。具体而言，研究人员首先利用密度泛函理论(DFT)计算研究了Ag@Nb₂O_5-x的反应机理。

结果表明，在氧空位中引入银纳米粒子不仅可以改善CO₂的捕获和活化，而且还可以作为共吸附活性位点来稳定中间体，从而最终导致产生高价值的CO。基于上述启发，研究人员在Nb₂O_5-x表面均匀沉积了Ag光催化剂，并将其应用于催化CO₂RR。

实验结果和理论计算表明，在这个金属-半导体系统中，由于氧空位增强了电子俘获，大量光生电子在界面处富集；LSPR共振产生的能量被快速注入电子，导致光生电子的快速转移，从根本上提高了电荷分离的效率。此外，集中的光生空穴使催化剂上的水氧化产生氧气，同时等离子体热效应通过降低速率控制步骤的能垒来改善CO₂RR的反应动力学。

因此，最优的Ag-20@Nb₂O_5-x催化剂具有优异的还原性能，CO产率可达59.13 μmol g⁻¹，且具有较高的选择性。总之，这项工作利用理论计算辅助制备了设计巧妙的金属半导体光催化剂并实现更有效的电荷转移，为未来开发具有高性能的LSPR诱导的缺陷半导体提供了指导。

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

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