近日，狂人小说 陶菲菲教授、数理信息学院窦卫东教授、青年教师陶圣旦博士合作，在功能材料国际顶级期刊Advanced Functional Materials (中科院SCI一区Top期刊, IF：19.802)上发表了题目为《Hard Carbon Induced Ultrasmall TiO₂ Nano-Islands Grown on Ti₃C₂ MXene for Robust Photocatalytic CO₂ Reduction to CH₄》的研究论文。绍兴大学为本论文唯一完成单位，陶菲菲教授和窦卫东教授为共同通讯作者，陶圣旦博士为第一作者，杨林钢副教授和李倩老师参与研究工作，共同署名。该研究针对TiO₂光催化还原CO₂存在产率低、产物选择性差等难题，设计合成了硬碳(HC)修饰TiO₂/Ti₃C₂复合物，实现了高活性、高选择性光催化还原CO₂制CH₄。

众所周知，TiO₂光催化还原CO₂具有热力学可行性，但其仅吸收紫外光、光生载流子分离效率低、CO₂吸附活化能力不足等固有缺陷，导致CH₄产率低、选择性差，严重制约了其实际应用。本研究首次实现硬碳在光催化领域的创新性应用，依托硬碳特有的无序非晶结构、丰富表面缺陷及窄带隙等优势，采用一步热处理法诱导超小TiO₂纳米粒子在Ti₃C₂表面原位成核生长，成功制备了风琴状HC/TiO₂/Ti₃C₂三元复合物。硬碳的引入不仅能有效抑制超小TiO₂纳米粒子的团聚、维持其高反应活性，还能同步生成大量氧空位，构建多条电荷转移路径，加速表面反应动力学。优化后的HC/TiO₂/Ti₃C₂复合物使CH₄产率达到1636.3 μmol·g^-1·h^-1，分别是风琴状TiO₂和TiO₂/Ti₃C₂的711倍和68倍，CH₄选择性接近100%，远远超过已报道的TiO₂基光催化剂。

HC/TiO₂/Ti₃C₂复合物的制备过程(a)、形貌(b-d)和电荷转移机制(e)

本研究首次开展硬碳在光催化领域的应用探索，成功实现了兼具高活性与高选择性光催化还原CO₂制CH₄，明晰了硬碳在光合成CH₄中的作用路径与增效机制，这为TiO₂基光催化剂定向合成CH₄的开发提供了新的研究思路，也为CO₂资源化绿色转化利用提供了的新的探索方向。

论文链接：//doi.org/10.1002/adfm.77456