光驱动催化分解水产氢和还原二氧化碳，在解决能源短缺和环境问题方面具有极大的发展潜力。然而，当前高效的光催化剂光响应范围过窄（主要局限在紫外波段），因此开发高效的可见光响应的催化剂成为光催化领域研究热点。由东京工业大学Maeda Kazuhiko教授课题组牵头的联合研究团队设计合成了全新的窄禁带烧绿石结构氟氧化合物（Pb2Ti2O5.4F1.2）催化剂，具备了优异的可见光响应特性，实现了可见光驱动分解水产氢和CO2还原。
研究人员首先按照一定化学计量比将氧化铅、氟化铅和氧化钛混合，通过固态反应法制备了Pb2Ti2O5.4F1.2化合物，X射线衍射表征显示化合物为纯相的烧绿石结构，扫描电镜测试表面化合物为纳米颗粒，平均粒径在2-10 μm之间。莫特-肖特基曲线计算结果显示Pb2Ti2O5.4F1.2的价带是-1.62 eV，平带是0.78 eV，即其带隙仅为2.4 eV（光谱响应范截止点在500nm），具备了良好的可见光响应特性；而相比水氧化电势（0.25 eV），Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂平带电势为0.78 eV，即位置更负，因此Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂完全满足水氧化和CO2还原的电势差要求；表明了Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂完全可以实现可见光驱动的水解产氢和CO2还原。接着通过光还原在Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂表面沉积一层铂（Pt）纳米颗粒作为质子还原活性位点，随后将Pt修饰的Pb2Ti2O5.4F1.2与乙腈溶液、三乙醇胺和水混合，置于可见光辐照下（λ≥420 nm），实现了可见光光解水产氢，产氢效率为0.1%，且连续辐照15小时，催化剂晶相和成分没有任何变化，表明Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂能够在可见光辐照下实现稳定催化分解水产氢。进一步，研究人员利用分子键合将双钌金属核心配体耦合到 Pb2Ti2O5.4F1.2表面，实现了可见光辐照下CO2还原成甲酸。
上述结果表明，Pb2Ti2O5.4F1.2催化剂可以实现可见光驱动分解水产氢和CO2还原，但该新型催化材料目前还是存在缺点，就是催化剂的表观量子效率较低，产氢效率仅为0.1%。因此，下一步工作将致力于改进催化剂的合成工艺和表面的修饰，增强催化性能，提升产氢效率。
该项研究设计合成了全新的双阴离子氟氧化合物催化剂，实现了稳定可见光光驱动分解水产氢和CO2还原，为清洁高效转化利用太阳能提供了新的技术路线。相关研究成果发表在《Journal of the American Chemical Society》 。
