在水介质中将CO₂光电化学(PEC)转化为高能燃料是一种用于储存太阳能和关闭碳循环的创新策略。然而，催化结构的合理设计以选择性和有效地生产目标产物(如CO)仍然是一个巨大的挑战。

在此，苏州大学范荣磊、沈明荣、彭扬和海南大学叶巍翔等通过利用TiO₂中间层来桥接Au纳米颗粒和n⁺p-Si，制备了一种用于CO生产的高效和高选择性的Si光电阴极(Au/TiO₂/n⁺p-Si)。

虽然表面Si PN结能够调节Au和p-Si之间的界面能量并产生高光电压，但通过ALD沉积的非晶TiO₂层可以钝化表面缺陷以减少Au/n⁺p-Si界面处的载流子复合，同时保护Si表面免受腐蚀。

在CO产生的选择性方面，实验研究和DFT计算揭示了Au和TiO₂层的协同作用，不仅增强了CO₂吸附，而且还通过加速*COOH形成和*CO从活性位点解吸来促进CO生成动力学。更重要的是，TiO₂层和Au的结合可以增强LSPR产生的热载流子的分离，有助于PEC CO₂RR中Au纳米颗粒产生的热电子提高CO生产的活性和选择性。

因此，Au/TiO₂/n⁺p-Si光电阴极的V_on为0.24 V_RHE，最大FE_CO为86%；在-0.8 V_RHE处CO的部分电流密度为-5.52 mA cm^-2，远大于包括Au/p-Si、TiO₂/p-Si和n⁺p-Si在内的对照光电阴极。

此外，Au/TiO₂/n⁺p-Si光电阴极在恒定光照20小时下表现出优异的CO₂还原生成稳定性。这些发现可以用于设计PEC的选择性和效率的等离子体光电阴极，为具有高量子产率的选择性CO₂RR奠定了基础。

Steering the Pathway of Plasmon-Enhanced Photoelectrochemical CO₂ Reduction by Bridging Si and Au Nanoparticles through a TiO₂ Interlayer. Small, 2022. DOI: 10.1002/smll.202201882