光驱动CO₂加氢转化为高值化学品是实现“双碳”目标的一种高效策略，可以同步缓解气候问题和能源危机。一般情况下，常压下的CO₂加氢反应会发生逆水煤气反应 (CO₂ + H₂ CO + H₂O) 和萨巴提尔反应(CO₂ + 4H₂ CH₄ + 2H₂O)，分别生成CO和CH₄。根据具体的应用场景，人们希望CO₂加氢转化为高选择性的CO或CH₄，但由于这两种反应常常同时发生，导致选择性降低，因此高选择性的生成CO或者CH₄仍然具有挑战性。 

　　另一方面，负载型金属催化剂在光驱动的光热催化体系中起着至关重要的作用。大量研究对负载金属的粒径尺寸效应进行探索并验证了其对催化性能的影响，对载体的尺寸效应却鲜有研究。此外，前人研究表明，改变负载型金属催化剂中载体的粒径可以调节金属-载体相互作用，从而显著影响催化性能。金属-载体相互作用在热催化和电催化反应中的影响已被广泛研究，但其在光催化和光热催化体系中尤其是对光生电子转移机制的作用还需要深入探索。 

　　2024年1月，中国科学院城市环境研究所贾宏鹏研究组在期刊Angew. Chem. Int. Ed.发表了题为Disclosing Support-Size-Dependent Effect on Ambient Light-Driven Photothermal CO₂ Hydrogenation over Nickel/Titanium Dioxide的文章，该研究通过改变Ni/TiO₂复合材料的TiO₂载体尺寸来调控光驱动CO₂加氢的选择性。结果发现，在小尺寸TiO₂ (~ 25 nm)上制备Ni NPs可以增强金属-载体界面相互作用，促进光致电子从TiO₂向Ni 颗粒表面的迁移，从而使Ni 表面具有更高的电子密度，增强了其表面H₂的裂解和CO中间体的吸附能力，进一步加快了Ni/TiO₂-25上CH₄的生成速率(227.7 mmol g^-1 h^-1)。而大尺寸TiO₂ (~ 100 nm)负载的Ni 颗粒 (Ni/TiO₂-100)， 金属-载体界面相互作用较弱，电荷分离能力差，活性氢供应不足，对生成的CO中间体吸附能力较差，选择性偏向于CO，生成速率为94.2 mmol g^-1 h^-1。这项工作通过非常规方法调节载体粒径进而调控两相相互作用来改变反应选择性，为设计高效的光热催化剂提供了重要指导。 

　　在本研究中，博士生李强为第一作者，贾宏鹏研究员为通讯作者，该研究得到国家自然科学基金、厦门市科技计划项目、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。 

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图1 载体尺寸效应对光驱动CO₂加氢反应选择性的影响机制