从CO2和H2O光催化生产CH4是解决环境和能源危机的最可持续的方法之一，但由于电子产生效率低、质子供应不足和关键中间体稳定性不足，导致活性和选择性较差。基于此，重庆大学周小元教授和甘立勇副研究员等人报道了一种光致变色双位点光催化剂设计概念，以同时克服这些问题。作为一个原型，单原子Ag锚定的TiO2纳米颗粒在光照射下表现出快速和宏观的光致变色行为，归因于光生电子的捕获。测试发现，CH4的产生达到了46.0 µmol g-1 h-1的活性和91%的超高电子选择性。

VASP解读

通过DFT计算，作者研究了CO2在TiO2和Ag/TiO2上光还原的基本步骤。在Ag/TiO2上CO2转化为CH4的整体Gibbs自由能更平滑，其中*COOH在TiO2上的生成是最吸热的，为2.16 eV，而在Ag/TiO2上的生成仅吸热0.44 eV，表明Ag/TiO2上的过程更容易。计算结果表明，Ag/TiO2具有比TiO2更高的本征活性。同时，两个关键中间体（*CO和*CHO）在Ag/TiO2上比在TiO2上更稳定。因此，*CO倾向于进一步质子化形成*CHO，从而获得更高的CH4选择性。

此外，*OH在TiO2(101)上直接解吸形成•OH的吸热速率为1.55 eV，表明在远离Ag/TiO2上单个Ag原子的Ti位点上有可能形成•OH。结果表明，•OH和H2O2是可能的氧化产物。需注意，在原始TiO2样品上实验观察到相当好的CH4产率。分离的Ag位点和相邻的Ti位点协同作用，分别催化CO2还原和H2O分裂，从而协同作用为选择性光催化CO2转化为CH4提供了高活性位点。

Photochromic single atom Ag/TiO2 catalysts for selective CO2 reduction to CH4. Energy Environ. Sci., 2023, DOI: ht-tps://doi.org/10.1039/D3EE02800C.