A gold- and palladium-based catalyst can be used to oxidize toluene and form a commercially useful ester.

Photocatalytic hydrogen evolution may provide one of the solutions to the shift to a sustainable energy society, but the quantum efficiency of the process still needs to be improved. Precise control of the composition and structure of the metal nanoparticle cocatalysts is essential, and we show that fine-tuning the Au-Pd nanoparticle structure modifies the electronic properties of the cocatalyst significantly. Specifically, Pd(shell)-Au(core) nanoparticles immobilized on TiO2 exhibit extremely high quantum efficiencies for H2 production using a wide range of alcohols, implying that chemical byproducts from the biorefinery industry can be used as feedstocks. In addition, the excellent recyclability of our photocatalyst material indicates a high potential in industrial applications. We demonstrate that this particular elemental segregation provides optimal positioning of the unoccupied d-orbital states, which results in an enhanced utilization of the photoexcited electrons in redox reactions. We consider that the enhanced activity observed on TiO2 is generic in nature and can be transferred to other narrow band gap semiconductor supports for visible light photocatalysis.

Noble metal nanoparticles (Au, Pd, Au–Pd alloys) with a narrow size distribution supported on nanocrystalline TiO2 (M/TiO2) have been synthesized via a sol-immobilization route. The effect of metal identity and size on the photocatalytic performance of M/TiO2 has been systematically investigated using phenol as a probe molecule. A different phenol degradation pathway was observed when using M/TiO2 catalysts as compared to pristine TiO2. We propose a mechanism to illustrate how the noble metal nanoparticles enhance the efficiency of phenol decomposition based on photoreduction of p-benzoquinone under anaerobic conditions. Our results suggest that the metal nanoparticles not only play a role in capturing photogenerated electrons, but are strongly involved in the photocatalytic reaction mechanism. The analysis of the reaction intermediates allows us to conclude that on M/TiO2 undesired redox reactions that consume photogenerated radicals are effectively suppressed. The analysis of the final products shows that the reusability performance of the catalyst is largely dependent on the pretreatment of the catalyst and the identity of the metal nanoparticle. Interestingly, the as-prepared Pd and Au–Pd decorated TiO2 materials exhibit excellent long-term photoactivity, in which ∼90% of the phenol can be fully decomposed to CO2 in each cycle.