过去几十年中，化石燃料的广泛燃烧导致了严重的环境污染并加速了全球变暖，因此开发清洁和可再生能源已成为当务之急[1]。氢能源在燃烧过程中仅产生水，由于其高能量密度和环保特性，被认为是最有吸引力的替代能源之一[2]。光催化水分解技术通过光照射将太阳能转化为氢能，作为一种可持续且环保的技术受到了广泛关注[3],[4],[5]。
在各种半导体光催化剂中，TiO2因其优异的化学稳定性、无毒性和抗光腐蚀性而被广泛研究[6,7]。然而，光生电子-空穴对的快速复合以及其主要对紫外光的吸收限制了其整体光催化效率[8],[9],[10]。为了克服这些缺点，人们探索了许多改性策略，包括元素掺杂[11]、异质结构构建[12]和形态工程[13],[14],[15]。特别是将贵金属负载到TiO2上已被证明是一种有效的方法，可以形成肖特基结，从而促进电荷分离并增强界面电子转移[16],[17],[18]。例如，López等人[19]和Fernandes等人[20]的最新研究表明，Au/TiO2纳米复合材料由于电荷分离和可见光吸收的改善而表现出更强的H2生成性能。
另一方面，TiO2的结构设计也对提高光催化性能起着关键作用。与一维纳米结构相比[21],[22],[23]，三维空心球结构具有更大的比表面积、更强的光捕获能力和更好的反应物分子渗透性[24,25]。最新研究强调了这种设计的效果；例如，空心结构催化剂在氧化还原反应中表现出更优越的质量传递和活性位点可及性[26,27]。应强调结构工程在实现高光催化活性和稳定性方面的重要性[28,29]。
尽管取得了这些进展，但将贵金属改性与空心球结构相结合，尤其是精确控制金属的空间分布，仍较少被探索。大多数先前的研究分别关注金属沉积或结构设计，而它们整合所产生的协同效应尚未得到充分理解[30,31]。此外，贵金属位于空心结构内部还是外部可能会显著影响活性位点的可及性、电荷转移路径和整体反应动力学[32,33]。
在本研究中，我们策略性地将Au纳米颗粒与TiO2空心球结合，以优化电荷分离和表面反应性。使用羧基功能化的聚苯乙烯微球通过硬模板法制备了空心球，确保了壳层的均匀形成。Au被沉积在空心结构的内部或外部，系统地研究了金属位置对光催化氢生成的影响。优化后的0.5Au@TiO2催化剂（Au位于外部）的氢产生速率为4.73 mmol·g-1·h-1，比纯TiO2空心球高出36.38倍，并优于许多最近报道的基于TiO2的光催化剂[34,35]。这项研究强调了结构和界面协同作用在设计高效光催化剂中的重要性，并为提高太阳能驱动的氢气生产提供了新的途径。
