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图1. (a) Au/BT和(b) Au/TiO2的HRTEM图像。(a)中的插图为核-壳结构BT负载的Au NPs。BT、TiO2和其负载的Au样品在太阳模拟器照射下的(c) 紫外-可见吸收光谱和(d) 冷压圆盘的热像图。

图3. (a) Au 4f XPS和(b) Au/BT和Au/TiO2催化剂的拉曼光谱。(b)中插图为两种Au催化剂在室温下的O2脉冲吸附数据。

图4.苯乙炔在Au/BT和Au/TiO2催化剂上的选择性加氢。(a)可见光照射(400<λ<800nm)，(b)25℃下, Au/BT的可见光波长效应, (c) λ<400 nm的紫外光照射，(d) 1.0 W cm−2的太阳光照射，(e) 25℃下, Au/BT的太阳光强度效应，(d) 60℃热催化。反应条件: 40 mg催化剂，2 mL 乙醇，4.42 mmol苯乙炔，2 Mpa H2, 2 h。

图5. 在Au/TiO2和Au/BT催化剂上的苯乙炔半加氢制苯乙烯(C8H6-C8H8)的自由能曲线。

图6. Au/BT催化剂的Au粒径对25℃太阳光照射下苯乙炔选择性光催化加氢反应的影响。反应条件:1.95 μmol Au, 2 mL乙醇，4.42 mmol苯乙炔，2 MPa H2, 2 h。

图7. 回收Au/BT催化剂用于25℃太阳光照射下苯乙炔选择性光催化加氢。每次反应条件: 40 mg催化剂， 2 mL乙醇，4.42mmol苯乙炔，2 Mpa H2, 2 h。

表2. 太阳光照射下Au/BT催化的炔烃选择性加氢制烯烃a。

图8. (a) Au/BT和(b) Au/TiO2催化剂上光催化苯乙炔加氢的原位时间分辨DRIFT光谱。

图9. Au/BT催化剂光催化苯乙炔加氢制苯乙烯的可能反应机理。

总结与展望

综上所述，本文报道的Au/BT催化剂可以有效地捕获太阳能，实现高活性和选择性地催化炔烃选择性加氢生成相应的不饱和烯烃。这种具有独特的晶核/非晶壳(TiO2@TiO2−x)结构的缺陷BT材料耦合Au NPs，表现出广谱响应的非凡物理化学性质、可观的载流子浓度、增强的光生e-−h 对分离和传输能力以及大量的表面氧空位。在太阳光的激活下，从导电BT到等离子体Au NPs表面的热电子注入是至关重要的。高能电子可以通过接触C≡C键并直接参与选择性光催化加氢反应来克服能垒，从而有效地激活炔烃。在室温下，Au/BT在太阳光照射下对苯乙炔的选择性加氢表现出优异的性能，远远高于以往报道的催化剂。此外，Au/BT对含有-CH3、-OH、-Cl等各种取代基的炔烃底物的选择性光催化加氢具有广阔的应用前景。动力学同位素效应和原位DRIFTS分析表明，H-H键的断裂和C≡C键的活化以及C=C键的形成是动力学相关步骤，后者是苯乙炔转化的速率决定步骤。本工作为高效和绿色炔烃半氢化提供新的可能性，并为更广泛的太阳能驱动的化学转化提供了创新材料。