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随着人口的增长与现代工业化进程的加快，全球对能源的需求越来越大，而如今人们利用的能源80％来自于不可再生的化石燃料。近年来，以半导体为催化剂材料，在太阳光的照射下将CO2转化为碳氢化合物的技术备受关注，一方面，光催化还原可以产生有用的燃料，另一方面，又可以解决环境污染的问题。Au基催化材料以其高可见光吸收能力、高电子-空穴分离能力等优点被广泛应用于光催化领域。然而，由于Au基光催化剂存在稳定性差、对CO2吸附活化弱等缺点，严重阻碍了其在人工光合作用体系中的应用。
层状复合氢氧化物(LDHs)特殊的层状结构和丰富的化学组成使得这类化合物具有一些特殊的性质特点，LDHs的组成可调控范围包括层板金属种类、M2+/M3+摩尔比例、阴离子种类等，使得其具有独特的物理和化学特性。本论文以提高光催化的效率和选择性为目标，提出通过LDHs前驱体法制备两类复合金属氧化物(MMO)负载的Au基双金属催化剂。首先，引入具有耦合能力的Co元素，促进了C2产物产量的提高，并通过系统的构效关系研究，阐明了AuCo双金属催化剂在光还原CO2反应中的串联作用机制;其次，合成了AuRh双金属催化剂，强化了CO2的还原并抑制了H2O的还原，从而提升了CO2还原效率，为光催化性能强化提供了新思路。
具体而言，本论文首先调控了LDHs主体层板的元素，固定Zn、Co和Ti比例，采用改性共沉淀法(Mco)合成了ZnCoTi-LDHs，焙烧后得到ZnCoTi-MMO，再利用沉淀沉积法将Au负载于ZnCoTi-MMO表面，通过不同温度氢气还原得到系列Au@TiOx-Co/ZnCoTi-MMO串联催化剂。采用XRD、HRTEM、STEM-EDX以及CO脉冲吸附发现Au颗粒被TiOx包覆，且Au@TiOx和Co纳米颗粒共负载于ZnCoTi-MMO载体表面;进一步采用CO-FTIR、XPS以及EPR等表征定性和定量的表征了Au@TiOx中的Auδ--VO位点含量以及催化剂中碳碳耦合位点Co0的含量，最终揭示了不同温度处理对催化剂中Auδ-VO位点和Co0的含量的影响。
在获得Au@TiOx-Co/ZnCoTi-MMO系列串联催化剂后，在紫外和可见光照射下，对其光催化还原CO2的性能进行评价。结果表明Au@TiOx-Co/ZnCoTi-MMO-650催化剂的CO2光还原效率均优于其他不同温度还原的Au@TiOx-Co/ZnCoTi-MMO催化剂以及Co/ZnCoTi-MMO-650，CH4、CO和C2H6的产率分别达到138.01μmol·h-1·gcat-1、212.73μmol·h-1·gcat-1和58.65μmol·h-1·gcat-1。采用PL光谱、光电流响应以及CO2-TPD等揭示了Auδ--VO位点对于光生电子-空穴对的分离能力以及CO2的吸附活化能力的影响，然后利用In situ CO2-IR发现了光催化反应中新生成的中间产物，揭示了Auδ--VO和Co纳米颗粒在反应中的串联作用机制，并提出了可能的反应机理，为设计高效CO2还原制备C2产物催化剂设计提供了新思路。
为了进一步探究Au基双金属催化剂在光还原CO2中的作用，本论文还采用不同方法制备了AuRh双金属纳米颗粒并将其负载在富含氧空位的ZnTi-MMO上得到光催化剂。该催化剂具有很高的光催化活性，光催化还原产生的CH4产率为51.7μmol·h-1·gcat-1，产生的CO的产率为786.2μmol·h-1·gcat-1。并初步采用UV-vis光谱和PL光谱对其高活性的原因进行了研究，证实了不同方法对于AuRh/ZnTi-MMO的吸光以及光生电子-空穴分离能力产生了较大影响，为实现光催化性能强化的提供了新方法。
层状复合氢氧化物(LDHs)特殊的层状结构和丰富的化学组成使得这类化合物具有一些特殊的性质特点，LDHs的组成可调控范围包括层板金属种类、M2+/M3+摩尔比例、阴离子种类等，使得其具有独特的物理和化学特性。本论文以提高光催化的效率和选择性为目标，提出通过LDHs前驱体法制备两类复合金属氧化物(MMO)负载的Au基双金属催化剂。首先，引入具有耦合能力的Co元素，促进了C2产物产量的提高，并通过系统的构效关系研究，阐明了AuCo双金属催化剂在光还原CO2反应中的串联作用机制;其次，合成了AuRh双金属催化剂，强化了CO2的还原并抑制了H2O的还原，从而提升了CO2还原效率，为光催化性能强化提供了新思路。
具体而言，本论文首先调控了LDHs主体层板的元素，固定Zn、Co和Ti比例，采用改性共沉淀法(Mco)合成了ZnCoTi-LDHs，焙烧后得到ZnCoTi-MMO，再利用沉淀沉积法将Au负载于ZnCoTi-MMO表面，通过不同温度氢气还原得到系列Au@TiOx-Co/ZnCoTi-MMO串联催化剂。采用XRD、HRTEM、STEM-EDX以及CO脉冲吸附发现Au颗粒被TiOx包覆，且Au@TiOx和Co纳米颗粒共负载于ZnCoTi-MMO载体表面;进一步采用CO-FTIR、XPS以及EPR等表征定性和定量的表征了Au@TiOx中的Auδ--VO位点含量以及催化剂中碳碳耦合位点Co0的含量，最终揭示了不同温度处理对催化剂中Auδ-VO位点和Co0的含量的影响。
在获得Au@TiOx-Co/ZnCoTi-MMO系列串联催化剂后，在紫外和可见光照射下，对其光催化还原CO2的性能进行评价。结果表明Au@TiOx-Co/ZnCoTi-MMO-650催化剂的CO2光还原效率均优于其他不同温度还原的Au@TiOx-Co/ZnCoTi-MMO催化剂以及Co/ZnCoTi-MMO-650，CH4、CO和C2H6的产率分别达到138.01μmol·h-1·gcat-1、212.73μmol·h-1·gcat-1和58.65μmol·h-1·gcat-1。采用PL光谱、光电流响应以及CO2-TPD等揭示了Auδ--VO位点对于光生电子-空穴对的分离能力以及CO2的吸附活化能力的影响，然后利用In situ CO2-IR发现了光催化反应中新生成的中间产物，揭示了Auδ--VO和Co纳米颗粒在反应中的串联作用机制，并提出了可能的反应机理，为设计高效CO2还原制备C2产物催化剂设计提供了新思路。
为了进一步探究Au基双金属催化剂在光还原CO2中的作用，本论文还采用不同方法制备了AuRh双金属纳米颗粒并将其负载在富含氧空位的ZnTi-MMO上得到光催化剂。该催化剂具有很高的光催化活性，光催化还原产生的CH4产率为51.7μmol·h-1·gcat-1，产生的CO的产率为786.2μmol·h-1·gcat-1。并初步采用UV-vis光谱和PL光谱对其高活性的原因进行了研究，证实了不同方法对于AuRh/ZnTi-MMO的吸光以及光生电子-空穴分离能力产生了较大影响，为实现光催化性能强化的提供了新方法。