摘要：通过开发单组分金属纳米结构将二氧化碳(CO2)和水(H2O)转化为高附加值化学品已引起广泛关注，因为与普通半导体相比，这些纳米结构的载流子密度高出几个数量级。这些纳米结构通过费米能级(EF)附近的电子带内跃迁或带间跃迁吸收光子，产生(热)电子-空穴对，具有良好

通过开发单组分金属纳米结构将二氧化碳(CO2)和水(H2O)转化为高附加值化学品已引起广泛关注，因为与普通半导体相比，这些纳米结构的载流子密度高出几个数量级。这些纳米结构通过费米能级(EF)附近的电子带内跃迁或带间跃迁吸收光子，产生(热)电子-空穴对，具有良好的氧化还原电位。

然而，由于空穴迁移率较低(至少比电子慢两个数量级)，导致H2O氧化动力学缓慢，以及金属表面电荷载流子的快速重组速率，CO2转化效率仍然不理想。因此，除了电子调制外，关注调制空穴分离和相关H2O氧化反应可能更有利于提高整体光催化效率。

近日，哈尔滨工业大学李英宣、张晓东和淮北师范大学陈士夫等通过在宽带隙n型AlOOH半导体上负载Au NPs构建了肖特基异质结构，实现了光激发Au 5d带热空穴的高效分离和转移，以驱动缓慢的H2O氧化反应，促进光还原CO2活性。

实验结果和系统的表征表明，光催化过程中的热和光热协同作用引起了Au NPs周围Al3+-OH结构之间的脱水缩合，使得在界面处原位形成一层Al2O3纳米层(≈2 nm)，并产生部分OHV。得益于这种独特的异质结构，最优的光催化剂的CO和O2的生产速率分别为68.58和29.99 μmol g-1 h-1。

机理研究表明，形成的Al2O3纳米层优化了电荷转移行为，并维持了Au 5d带光激发载流体的强持续分离和运输。能带结构的研究表明，Al2O3的形成促进了Au的d带中心向下移动，提高了氧化能力，促进了CO的解吸；同时，AlOOH的带隙略有减小，导致光吸收改善。

此外，实验研究结合理论计算表明，诱导的OHV作为有效的活性位点可以显著促进H2O分子的吸附和氧化，保证了随后通过质子-电子介导的CO2还原反应的快速进行。综上，该项研究通过引入n型半导体来有效调节空穴转移行为，为金属纳米结构光催化剂中电荷载流子的高效分离提供了一种新途径。

Restructuring at Au/AlOOH interface enables enhanced CO2 photoreduction by synergistically optimizing charge separation and H2O activation. Advanced Functional Materials, 2025.DOI: 10.1002/adfm.202501285

来源：朱老师讲VASP