利用太阳能直接将CO2和水蒸气转化为有价值的化学品CO和CH4，而不需要额外的试剂。然而，由于CO和CH4通常是同时产生的，并且反应过程中也会产生副产物H2，因此获得单一产品仍然具有挑战性。现有的研究大多集中在进一步提高光催化还原CO2的产物收率上，很少涉及低选择性的问题。 目前，构建Z型或S型异质结已经成为通过加速电子传输在CO2光还原过程中获得高产率的首选方法。CH4是8电子产物，而CO是2电子产物。因此，只要满足2电子的要求，减缓电子输运就可以成功地将产物调制成单一的CO。但是，电子输运速度的减慢从根本上限制了CO2的转化和CO的产率。

基于此，中国科学院生态环境研究中心宋茂勇课题组通过调节TiO2的组分，设计了具有可控电子输运特性的Ⅰ型TiO2/BiVO4异质结光催化剂。实验结果显示，在光照下，所制备的TiO2/BiVO4异质结实现了100%的CO选择性(由于Bi对H的亲和力，抑制了H2的产生)，CO产率为4.53 μmol gcat−1 h−1。 此外，利用Cu单原子对CO2具有良好的吸附和活化能力特性，负载Cu单原子的TiO2/BiVO4异质结的CO产率提高了3.83倍(从4.53 μmol gcat−1 h−1提高到17.33 μmol gcat−1 h−1)，而CO选择性依旧保持100%。

光谱表征和理论计算表明，金属Bi具有局域表面等离子共振(LSPR)效应，随着TiO2含量的增加，TiO2/BiVO4对可见光的响应减弱，这本质上稀释了金属Bi含量，减弱了LSPR。金属Bi的弱LSPR削弱了其对光生电子和空穴的产生和分离的促进作用，最终导致TiO2/BiVO4产生的电子减少，电子传输速率减慢。 因此，具有缓慢电子传输的TiO2/BiVO4满足了CO2双电子反应的需求，从而产生单一的CO产物。值得注意的是，对于负载Cu单原子的TiO2/BiVO4异质结，Cu单原子的存在仅仅促进了CO2的活化，没有加速电子传递。

Efficient photoreduction of CO2 to CO with 100% selectivity by slowing down electron transport. Journal of the American Chemical Society, 2024. DOI: 10.1021/jacs.3c14590