利用太阳能进行光催化CO₂还原，是实现“碳中和”目标的重要途径。ZnO因其储量丰富、环境友好等优点成为备受关注的光催化剂，但其载流子复合快、CO₂吸附弱等问题限制了催化性能。
为突破这一瓶颈，香港理工大学戴吉岩教授团队和重庆大学周小元教授团队合作，提出构建金属-半导体欧姆接触的策略。他们系统研究了负载不同贵金属（Ag,
Pd, Ir, Au,
Pt）的ZnO异质结的光催化CO₂还原性能，发现Au/ZnO异质结因其适中的功函数差（Δ(Φ)≈2.02
eV）表现出最优性能，CO产率高达 28.66 μmol g⁻¹ h⁻¹，远超其他金属组合。相关成果以
“Ohmic
contact Metal/ZnO heterostructure CO₂ photoreduction to
CO”
为题，发表于期刊《Rare Metals》（2025）。
在该研究中，作者使用泊菲莱μGAS1000
微量气体反应评价系统，对光催化CO₂还原反应中产生的气体产物进行了高精度的在线检测与定量分析，为准确评估和筛选不同催化剂的性能提供了关键的实验数据。
理论计算揭示功函数差值与CO₂光还原性能之间的相关性
为了精准评估不同金属/ZnO异质结构的催化性能，研究团队通过μGAS1000
微量气体反应评价系统分析对比了各催化剂的产物生成速率。如下图H所示，实验结果表明，在不使用任何光敏剂或牺牲剂的条件下，Au/ZnO催化剂展现出最高的CO生成速率（28.66
μmol g⁻¹
h⁻¹），且表现出极高的CO选择性。通过高灵敏度的产物检测，研究人员得以清晰地辨别不同催化剂之间的性能差异，同时结合各类表征及模拟分析，最终证实了功函数差是影响这些催化剂活性的关键因素。
在线产物分析：揭示反应路径与稳定性
为深入理解催化过程并验证其可靠性，研究团队在 μGAS1000
系统上开展了关键的对照实验和稳定性测试。
根据下图E所示，在使用¹³CO₂作为碳源的同位素实验中，产物质谱图中仅在 m/z = 29
处出现尖锐的信号峰，有力地证明了产物CO来源于CO₂的光催化还原。同时，如下图F所示，Au/ZnO催化剂在长达10小时、连续5次循环的反应后，其CO₂光还原性能没有出现明显衰减，证明了该欧姆接触异质结构具有出色的催化稳定性。
这一系列通过在线气体分析获得的精准定量结果，不仅为建立“功函数差-催化活性”的构效关系提供了核心数据，也从反应路径和稳定性角度有力地支持了该催化剂设计的优越性。
结语
本研究通过理论计算与实验验证相结合，成功筛选并构建了高效、稳定的Au/ZnO欧姆接触光催化剂。其中，对反应产物的高精度定量分析是评价催化剂性能、验证构效关系的核心环节。
μGAS1000
微量气体反应评价系统已被广泛应用于光催化、光电催化等研究领域，并助力科研团队在 Joule、J.
Am. Chem. Soc.、Nat. Commun.、Angew. Chem.、Adv. Energy
Mater.、Energy Environ. Sci.、Adv.
Mater. 等国际高水平期刊上发表了大量在光催化产氢、光催化CO₂还原、PEC光电催化分解水、电催化分解水领域的最新研究成果。
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