与单一的光驱动或传统的热催化CO2还原反应相比，热能和光能耦合的光热催化过程克服了单一的太阳能驱动催化过程中活性低和热催化反应条件苛刻的缺点，从而为在相对温和的条件下实现CO2高效转化提供了新的途径。然而，大多数光热催化剂是由金属纳米颗粒修饰的基于金属氧化物的半导体制成的，其具有固有的局限性，包括狭窄的光吸收光谱和低的电荷分离效率。
基于此，山东大学王凤龙和中科院山西煤炭化学研究所温晓东等以Ir/CoAl LDH复合材料为前驱体，制备出显著增强光热催化CO2转化为甲烷的Ir−CoO/Al2O3催化剂。其中，CoO载体发挥双重关键作用：1.形成亲密的Ir−CoO界面，加速光诱导电荷载流子的产生和运输；2.作为“纳米加热器”，迅速提高活性中心周围的局部温度，这有利于CO2分子的吸附和活化。此外，具有高热稳定性的Al2O3纳米片能有效地抑制微小的Ir−CoO活性中心在反应过程中的聚集，从而保证复合催化剂的长寿命。因此，优化的催化剂(0.16% Ir−CoO/Al2O3)具有优异的CO2RR性能：CH4产率达到128.9 mmol gcat−1 h−1，并具有92%的选择性和优异的稳定性。相比之下，没有CoO的Ir/Al2O3在相同条件下表现出更低的催化活性，突出了CoO纳米颗粒的重要性。为了揭示Ir与CoO相互作用的本质，研究人员将Ir纳米粒子浸渍在已制备的CoO/Al2O3表面，发现所制备的Ir/CoO/Al2O3催化剂的CH4产率为32 mmol gcat−1 h−1，远低于Ir−CoO/Al2O3催化剂。此外，原位DRIFTS测试表明，光照射不会改变反应途径，但有效地提高了反应速率控制步骤。综上所述，在光照条件下，Ir与CoO的亲密相互作用产生了有效的电荷转移、增强了光热效应，以及促进了反应物分子和中间物种的吸附和活化，进而提高了CH4的产率。该项工作提出了一种光热半导体作为电子供体和作为局域温度增强的纳米加热器的双重功能机制，为设计有效的光热催化剂提供了指导。Ir-CoO Active Centers Supported on Porous Al2O3 Nanosheets as Efficient and Durable Photo-Thermal Catalysts for CO2 Conversion. Advanced Science, 2023. DOI: 10.1002/advs.202300122
