无机半导体光催化还原二氧化碳的研究进展

光催化CO2还原技术及催化剂的研究进展光催化CO2还原技术是一种能够将二氧化碳（CO2）转化为有用的碳源的方法，可以有效地减少CO2排放量并实现碳循环利用。

在该技术中，光催化剂起到关键的作用，可以通过吸收光能激发电子从而实现对CO2的光催化还原。

目前，光催化CO2还原技术的研究集中在两个方面：一是开发高效的光催化剂；二是优化催化体系。

在光催化剂的研究方面，许多催化剂已经被开发出来并显示出良好的催化性能。

金属氧化物是最常用的催化剂之一。

二氧化钛（TiO2）和氧化锌（ZnO）等金属氧化物可以利用它们的能带结构来吸收太阳光，并将其转化为电子和空穴，从而实现对CO2的催化还原。

还有一些复杂的多金属氧化物催化剂，如锡基氧化物（SnOx），也显示出优异的催化性能。

除了金属氧化物，一些有机和无机半导体材料也被研究用作光催化剂。

石墨烯、二硫化钼（MoS2）和二硒化钼（WS2）等材料，它们具有良好的光吸收和电子传输特性，可以有效地催化CO2还原反应。

在催化体系的优化方面，研究人员通过调控催化剂的晶体结构、表面缺陷以及载体材料等，来提高催化剂的光催化性能。

优化光照条件、反应温度、CO2浓度等也是提高催化效率的重要方法。

虽然光催化CO2还原技术在实验室中取得了一定的突破，但要将其应用于实际工业生产仍然面临着一些挑战。

光催化剂的稳定性是一个重要问题，因为长时间的光照会导致催化剂的性能衰减。

光催化剂的选择性也需要进一步提高，以提高对CO2还原产物的选择性。

大规模制备催化剂的方法和成本效益也需要进一步研究。

光催化CO2还原技术及其催化剂的研究已经取得了一定的进展，但仍然面临一些挑战。

为了实现该技术的工业化应用，需要进一步优化催化剂的设计、光照条件的控制以及反应体系的优化，以提高催化剂的稳定性和选择性。

半导体光催化材料研究进展- 43 -第2期2019年4月No.2 April，2019在世界环境资源短缺，产业转型升级的重要时间段，创建“资源节约型”、“环境友好型”新工业刻不容缓。

当前的环境污染问题与新能源的开发利用已经成为当前研究的重中之重。

光催化技术作为洁净的技术，以太阳能为原料，在半导体介质下进行独特的催化反应。

进而将有机污染物降解为无机污染物，达到绿色环保、节能高效地降解有机废物的目的。

本研究意在总结当前比较成熟的几种半导体光催化材料的研究进展。

1 BiFeO 3负载合金的半导体光催化材料研究进展涂乔逸等[1]在2018年以五水合硝酸铋和五水合硝酸铁为原料制备了铁酸铋纳米材料，以四氢硼合钠为还原剂，成功制备了负载钯合金的BiFeO 3半导体光催化材料。

并在紫外-漫反射图谱与X 射线能谱进行表征。

结果显示BiFeO 3在成功负载钯金属后的光催化效果有显著增强。

在pH=3，电流强度为200 mA 的条件下，基本可以将对硝基苯酚完全去除。

阿比迪古丽·萨拉木等[2]在实验室中，以原料九水合硝酸铁与五水合硝酸铋，经溶解、脱水、静置退火得到BiFeO 3。

在经X 射线衍射图谱发现，退火温度为550 ℃的衍射峰尖锐并且没有杂峰。

在不同质量分数的亚甲基蓝降解液中，在可见光部分具有较好的光催化活性。

但是所降解的物质浓度对此薄膜的光催化效率也有部分影响。

2 TiO 2光催化材料作为一种常见的半导体，TiO 2能携带3.2 eV 的能量。

在紫外光的照射下，表层电子溢出，到达导带，则会产生一对空穴。

在电子进入空穴之后可以加快光降解的氧化还原反应的发生。

而当前的主要瓶颈在于如何提高TiO 2的活性改性。

当前较为成熟的制备纳米二氧化粉末的方法为水热法[3]。

主要分为以下几步：（1）晶核的形成，尿素在高温下溶解，析出微粒作为晶核。

（2）晶核的长大以及水合二氧化钛的生成。

（3）随着温度进一步升高，生成的二氧化钛脱去结晶水，生成纳米二氧化钛的微小晶体。

高效电催化还原二氧化碳技术的研究现状及前景随着全球经济和人口的快速增长，二氧化碳的排放量也随之增加，进一步加剧了全球气候变化的情况。

因此，开发可持续的方法来利用或转化CO2是非常关键的。

高效电催化还原二氧化碳技术是一个备受研究的领域，目的在于利用电化学反应将CO2转化为其他高附加值的化学品或燃料，从而将其作为可再生能源的一部分并减少温室气体的排放。

电催化还原二氧化碳的历史可以追溯到19世纪，但现代研究始于20世纪70年代。

当时，M. Bockris等人首先报道了该反应的基本机理和电催化剂的性质，这奠定了进一步研究的基础。

现在，已经有很多电催化剂被发现并用于还原二氧化碳。

这些电催化剂主要通过两种方法来设计：基于过渡金属离子或有机分子的有机金属络合物。

其中，基于过渡金属离子的催化剂效率较高，尤其是一些新型的石墨烯衍生物，其电催化还原二氧化碳的效率甚至可以达到90%以上。

除了电催化剂的设计之外，反应体系的优化也是实现高效电催化还原二氧化碳的关键。

反应条件包括电极催化剂的种类和量、反应的温度、溶液的pH值和电荷转移的速率等。

其中，反应温度是影响反应速率和选择性的关键因素。

目前，酸性和中性反应体系通常在室温下进行，而碱性反应的体系需要提高反应温度以提高催化效率。

此外，使用合适的助催化剂或共催化剂也可以改善反应体系，从而提高反应效率。

尽管高效电催化还原二氧化碳技术有很多的优点，但它仍然面临许多挑战。

电催化剂的稳定性和寿命、缺乏高效的电子传输体系、产物的选择性和纯度、以及大规模的制备问题等都是需要解决的难点。

此外，反应过程中存在的电解液浓度变化和碳纳米管电极的腐蚀问题也需要更多的研究。

因此，未来的研究方向应该集中于设计更高效的电催化剂、改进反应体系以提高产物选择性和纯度，以及研究大规模制备技术。

另外，探索新的CO2转化产物，如甲酸和甲醇等，也应成为研究方向之一。

总之，高效电催化还原二氧化碳技术是一个备受研究的领域，虽然存在许多挑战，但它具有很大的潜力来实现CO2的减排和新能源的发展。

光催化降解有机污染物进展近年来，随着环境污染问题的日益严重，寻找高效且环保的处理方式成为了全球范围内的研究热点。

在这方面，光催化技术因其高效、可控和无污染等特点备受关注。

光催化降解有机污染物已取得了一系列重要的进展，本文将对这些进展进行综述。

1. 光催化技术的基本原理光催化技术基于一种特殊的光反应过程，其基本原理是利用半导体光催化剂在可见光或紫外光的照射下，通过光生电子-空穴对来催化物质的降解。

在这一过程中，光生电子和空穴对可以参与氧化还原和自由基反应，从而分解有机污染物为无害的物质。

2. 光催化降解有机污染物的机制在光催化过程中，光生电子和空穴对的生成和反应是实现有机污染物降解的关键。

光催化剂通常采用二氧化钛（TiO2）或氧化锌（ZnO）等半导体材料，它们具有良好的光催化性能和稳定性。

当光子能量大于光催化剂带隙宽度时，可激发电子从价带跃迁至导带，产生光生电子与空穴对。

光生电子具有较强的还原能力，可以还原有机污染物。

空穴对则具有强氧化性，可以氧化有机污染物，或与溶液中的氧分子产生氧化反应。

通过这些反应，有机污染物最终被分解为二氧化碳、水和无害的无机物。

3. 光催化剂的改性与优化为提高光催化降解效率，研究人员对光催化剂进行了改性与优化。

一方面，利用复合材料、掺杂和修饰等方法，可以增强光催化剂的光吸收性能，扩大光响应范围。

例如，将二氧化钛与石墨烯复合，可以提高光催化剂的电子传导性能，同时增强光吸收和光生电子的活性。

另一方面，改变光催化剂的形貌结构和晶体结构，也能够增加其表面积和活性位点数量，提高光催化性能。

4. 光催化反应条件的优化除了光催化剂的改性，光催化降解有机污染物的反应条件也需要进行优化。

光催化剂的光照强度、反应温度和溶液pH值等参数对光催化反应的效果具有重要影响。

适当提高光照强度和反应温度，可以增加光生电子与空穴对的生成速率，进而提高降解速度。

调节溶液pH值，则能够影响光催化剂表面的电荷分布和吸附效果。

光催化CO2还原技术及催化剂的研究进展一、光催化CO2还原技术光催化CO2还原技术是利用半导体或光敏催化剂将太阳能转化为化学能，进而促进CO2的还原为有机物或燃料。

光催化CO2还原技术可以分为直接和间接两种方式。

直接光催化CO2还原是指在光照条件下，将CO2直接转化为有机物或燃料。

间接光催化CO2还原是先将光能转化为电能，然后利用电能再将CO2还原为有机物或燃料。

这两种方式都需要催化剂的参与才能实现高效的CO2还原反应。

二、光催化剂的分类及研究进展根据不同的光电催化体系和催化机理，光催化剂可以分为光生电子传输型光催化剂和光生电子洞传输型光催化剂。

光生电子传输型光催化剂的光催化机理是通过光生电子的传输和催化剂表面的化学反应来实现CO2还原，而光生电子洞传输型光催化剂则是通过电子洞的传输和表面还原反应来完成CO2的还原。

基于不同的催化机理和应用环境，目前关于光催化CO2还原的催化剂研究主要包括以下几类。

1. 单质光催化剂一些单质材料如二氧化钛（TiO2）、二硫化钼（MoS2）、氮化钛（TiN）等在光照条件下表现出优异的催化性能，可以将CO2转化为一些简单的碳氢化合物。

纳米结构的二氧化钛颗粒在紫外光照射下可以将CO2还原成CO和CH4。

而二硫化钼在可见光照射下也能催化CO2还原成甲烷等。

2. 半导体-金属复合光催化剂利用金属纳米颗粒修饰半导体表面可以有效提高光催化CO2还原的效率和选择性。

钯纳米颗粒修饰的二氧化钛催化剂可以将CO2选择性的还原为甲醛。

分子筛具有特定的孔道结构和表面活性位点，能够调控反应物在其表面的吸附和反应活性，因此在CO2光催化还原中具有重要应用价值。

研究表明，分子筛光催化剂在CO2还原过程中能够提高反应的选择性和稳定性。

有机-无机复合光催化剂结合了有机分子和无机纳米材料的优势，能够有效提高CO2的吸附和还原性能。

近年来，一些新型有机-无机复合光催化剂如共价有机框架（COF）和金属有机骨架（MOF）在CO2光催化还原中显示出了良好的催化性能和应用潜力。

光催化还原二氧化碳的研究进展邢冲;薛丽梅;张风华;赵阳;彭程万里;李晓莉;邢丹【摘要】综述了用来还原二氧化碳的光催化剂，包括二氧化钛光催化剂及其修饰（金属掺杂、复合）后改性光催化剂，钙钛矿光催化剂，有机物光催化剂，分子筛光催化剂。

还原二氧化碳是二氧化碳综合利用的有效途径，具有重要意义。

%The photocatalysts used to the reduction of carbon dioxide (CO2) were summarized, including titamum dioxide photocatalyst and its modified (metal - doped, composite) photocatalyst, perovskite photocatalyst, organic light catalyst, and zeolite photocatalysts. Reduction of CO2 was an effective way to comprehensive utilization, and it had great significance.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2012(040)023【总页数】3页(P9-10,24)【关键词】光催化剂;还原;二氧化碳【作者】邢冲;薛丽梅;张风华;赵阳;彭程万里;李晓莉;邢丹【作者单位】黑龙江科技学院资源与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150027;黑龙江科技学院资源与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150027;黑龙江科技学院资源与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150027;黑龙江科技学院资源与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150027;黑龙江科技学院资源与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150027;黑龙江科技学院资源与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150027;黑龙江科技学院资源与环境工程学院,黑龙江哈尔滨150027【正文语种】中文【中图分类】O69目前，世界各国普遍面临着能源和基本化工原料短缺的严重问题，而二氧化碳正是一种潜在的碳资源，各国正在竞相进行研究开发和利用。

g—C3N4-TiO2光催化研究进展环境污染和能源短缺已经给人类的健康和生命带来了巨大的危害，因此，它们已经成为全社会面临的两个全球性问题。

光催化作为解决环境和能源问题的有效途径，已经成为时代的需要，引起了研究者的广泛关注。

在众多半导体光催化剂中，TiO2已经成为环境净化的标杆，用于多种有机物、病毒、细菌、真菌、藻类和癌细胞研究领域，可以将有机污染物完全降解并矿化成CO2、H2O和无害无机物。

但是，TiO2的禁带宽度仅为3.2ev，对地球太阳光的吸收利用率仅占5%，所以，研究者们提出了许多改性方法。

1TiO2改性研究进展在已经研究的各种光催化剂中，TiO2被认为是最有潜力的一种，因为它具有成本低、无毒、性能稳定的优点。

在实际应用中，二氧化钛因其较强的光催化性能、化学和生物惰性、高光化学稳定性被广泛应用于有机化合物的分解中。

然而，传统TiO2在催化效果上存在缺陷，主要是由以下两个方面引起的。

一方面，约3.2 eV的带隙使其只能吸收紫外线区域的光，对可见光的吸收几乎为零，从而没有有效利用地球太阳光资源；另一方面，光生电子和空穴的复合现象严重，极大地限制了TiO2的催化性能[1-3]。

目前，已经报道了各种提高TiO2催化活性的改性方法，如非金属氧化物负载、半导体材料表面吸附可发生敏化的染料，或带有磁性的Fe离子混摻等，都很有效的激发了光催化活性。

G.Scarduelli等采用射频磁控法制备了TiO2、N掺杂TiO2、V（钒）掺杂TiO2和V-N共掺杂TiO2薄膜。

研究表明，N掺杂、V掺杂和V-N共掺杂分别使TiO2的带隙降低到3.0eV、2.8eV和2.5eV。

通过对亚甲基蓝、氯酚和硝基苯酚降解观察到，与单掺杂和未掺杂TiO2相比，因可见光吸收光谱拓宽和降低光生电荷复合等因素，V-N共掺杂TiO2具有最高的光催化活性。

Mehrzad Feilizadeh等采用溶胶-凝胶法成功地合成了镧系/聚乙二醇修饰的TiO2（La/Peg/TiO2）。

光催化还原co2的研究现状和发展前景
随着能源的日益匮乏，以及科技发展下大气中二氧化碳（CO2）水平日益升高，光催化还
原CO2近年来已成为一项非常重要的研究课题。

鉴于CO2具有稳定性，该过程非常复杂，因此开发光催化CO2还原的分子催化剂具有至关重要的意义。

首先，可以通过在金属表面和有机活性的表面上引入催化剂，来启动光催化CO2还原反应。

然后，这些金属催化剂能够通过将全能量转换为高活性第一原子（C1）引发反应，从而使CO2可以转化为更加有效的溶剂、有机酸和碳氢化合物。

虽然光催化CO2还原技术已经取得惊人进展，但也存在一些问题需要解决。

因此，研究
人员正在致力于寻找更具有活性的金属催化剂，更健康的转化能量分配，和更高的光选择性。

同时，研究人员正在探索利用可再生能源的新道路，让光催化CO2还原技术更加可
持续。

因此，有很多方法可以促进光催化CO2还原技术的发展，包括对可再生能源的研究和开发，人工光敏剂的设计和发展，以及改善光学和太阳能利用效率等。

未来，随着科学家继续改进光催化CO2还原技术，其发展前景将更加看好，从而有助于我们减少对正常燃料
的依赖，有效控制大气中CO2的排放，实现可持续发展。

总之，光催化CO2还原是未来大气污染治理技术及绿色能源转换的重要研究领域，其有
望发展成为一种高效、可持续的能源转换技术。

把光催化CO2还原开发成一种高效的可
持续的技术，将可以促进我们实现可再生绿色能源之目标和实现可持续发展。

光电催化还原二氧化碳概览饶旭峰;许杰;刘予宇;张久俊【摘要】光电催化还原二氧化碳(CO2)利用光能和电能可以将二氧化碳转化为液体燃料或其他有机化合物,还原过程结合了光催化还原和电化学还原的优点,具有巨大的应用潜力.通过简要介绍并比较光催化转化、电催化还原和光电协同催化还原CO2的原理和特点,得出光电催化还原CO2具备诸多优点,并对光电催化还原CO2的影响因素进行了分析,最后对其未来的研究方向进行了展望.%Photoelectrocatalysis of carbon dioxide utilizes solar power and electrical power as energy sources to convert carbon dioxide (COO into liquid fuels or other organic compounds.This process combines photocatalytic reduction and electrochemical reduction,and possesses great potential for future applications.In this paper,fundamental mechanisms and characteristics of photocatalysis,electrochemical reduction and photoelectrocatalysis are briefly introduced.The advantages of photoelectrocatalysis are emphasized,and the factors affecting CO2 photoelectrocatalysis are also analyzed.Future research directions on CO2 photoelectrocatalysis are then proposed.【期刊名称】《自然杂志》【年(卷),期】2017(039)004【总页数】7页(P235-241)【关键词】光催化;光电催化;二氧化碳还原【作者】饶旭峰;许杰;刘予宇;张久俊【作者单位】上海大学理学院,上海200444;上海大学理学院,上海200444;上海大学可持续能源研究院,上海200444;上海大学理学院,上海200444;上海大学可持续能源研究院,上海200444;上海大学理学院,上海200444;上海大学可持续能源研究院,上海200444【正文语种】中文将大气中的二氧化碳(CO2)转化成低碳燃料或小分子有机化合物，不仅对CO2减排有利，也在一定程度上可用作储存能源的携带者。

In2O3纳米材料的改性及其光催化还原CO2的研究In2O3纳米材料的改性及其光催化还原CO2的研究随着全球环境问题的日益严重，减少温室气体CO2排放成为了重要的任务。

同时，可再生能源的开发也变得越来越重要。

光催化技术作为一种绿色能源利用方式，因其高效、可再生的特点受到了广泛关注。

其中，In2O3纳米材料因其优异的光学和电学特性，成为了一种潜在的光催化剂，并在光催化还原CO2方面显示出了巨大的潜力。

In2O3纳米材料的改性方法有很多种，包括表面修饰、掺杂等。

表面修饰是通过在In2O3纳米材料表面引入其他材料，如金属、无机氧化物等，来提高In2O3的光催化活性。

通过表面修饰，可以增加In2O3纳米材料的比表面积，提高光吸收能力和电子传输速率，从而增强光催化性能。

另一种改性方法是掺杂，通过将其他元素引入In2O3晶格，改变其能带结构和电子结构，从而调控In2O3纳米材料的光催化性能。

不同改性方法对In2O3纳米材料的光催化性能产生不同的影响。

例如，在表面修饰方面，金属修饰是一种常见的方法。

研究表明，Pt修饰的In2O3纳米材料表面具有更多的自由金属态氧缺陷，这些缺陷能提供更多的活性位点来吸附和激活CO2分子，加速光催化还原CO2反应。

此外，Pt修饰还可以提高In2O3纳米材料的导电性，改善载流子传输，从而提高光生电子的利用率。

除了金属修饰，其他材料的修饰，如Co3O4、CeO2等，在In2O3纳米材料的光催化性能改善方面也取得了显著进展。

除了表面修饰，掺杂也被广泛应用于In2O3纳米材料的改性。

研究发现，氮和金属掺杂是最常见的掺杂方式。

氮掺杂可以调节In2O3纳米材料的能带结构，降低带隙能量，提高可见光吸收能力。

此外，氮掺杂还可以增加In2O3纳米材料的活性位点，提高光催化性能。

另一方面，金属掺杂，如Sn、Cu等金属，可以调节In2O3纳米材料的导电性和能带结构，增强载流子传输和光吸收能力。

利用改性后的In2O3纳米材料的光催化性能，目前主要用于CO2的光催化还原。