近年来，温室效应和能源问题日益严重，二氧化碳作为主要的温室气体使得全球气候变暖，进而引起了极地冰川融化、恶劣极端天气频发等一系列问题。为了减少二氧化碳的排放，实现能源的可持续发展，可以通过研发新材料及技术手段解决这一问题。光催化还原二氧化碳技术不仅可以降低大气中二氧化碳的总量，还可以将其转化为碳氢燃料。然而，光催化效率至今还未达到实际工业应用的要求。

中国科学院新疆理化技术研究所环境科学与技术研究室科研人员通过碱性CeO₂修饰锐钛矿相TiO₂光催化剂，以增强CO₂在催化剂表面的吸附与活化，并通过原位红外光谱技术，研究CO₂吸附及其光还原的微观过程。CeO₂促进了CO₂光还原，且发现反应中间物种CO₂经由表面碳酸根和碳酸氢根转化生成。相关研究发表在Journal of Catalysis（2016，337，293-302）。在此研究的基础上，科研人员采用两步法分别制备了CeO₂与金红石相、板钛矿相及锐钛矿相TiO₂复合的材料，研究不同CeO₂/TiO₂复合系统对光催化还原CO₂反应的促进程度。研究发现，金红石相TiO₂与CeO₂发生了强相互作用，导致在其界面上形成了钛缺陷，进而显著促进了光生电荷载流子界面的有效分离。与板钛矿相及锐钛矿相两材料复合系统相比，金红石相TiO₂/CeO₂光催化还原CO₂活性展示了最为明显的提高。

相关研究成果发表在《催化科学与技术》（Catalysis Science & Technology）上，并以封面文章形式进行了报道。

该研究工作受到国家自然科学基金、中科院“百人计划”、中科院创新团队国际合作伙伴计划、“西部之光”青年博士等项目资助。

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CeO₂/TiO₂光催化还原CO₂的过程示意图