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，还可以将其转化为有用的碳氢燃料。然而，光催化反应中如何有效提高光生载流子分离以及深入认识光还原二氧化碳机理仍然是个挑战。
    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将黑色TiO₂与金属铜纳米粒子复合，构建了Cu@TiO₂核壳结构催化剂；研究表明，金属铜可显著促进材料的光电分离效率和可见光吸收，进而提高了光催化还原CO₂活性。同时还发现CO₂的吸附是提高光催化活性的关键因素(Applied catalysis A: General, 510, 34-41)。在此研究的基础上，科研人员采用一步水热法，制备了碱性CeO₂修饰TiO₂的复合纳米催化材料，并通过原位红外光谱技术，研究了CO₂吸附及其光还原的微观过程。研究发现，CeO₂增强了CO₂在催化剂表面的吸附与活化，并改变了表面吸附物种的形态。该研究首次实验上证明CO₂⁻中间物种是经表面碳酸根和碳酸氢根转化而来。