锰酸钴微球的制备及其光催化性能研究(3)

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由于光催化CO2还原的效率本质上由所应用的助催化剂决定，因此开发和开发高效和稳定的新助催化剂以催化CO2转化反应是具有重要的意义[2]。人工光转化温室气体为燃料既不仅减少二氧化碳排放量，还可将其转化为其它有机物质，从而实现碳的循环使用。随着科学家门对于光催化二氧化碳这一课题的重视，其实有关光催化还原二氧化碳的研究已经有了十分重大的突破，但仍存在很多问题，因此二氧化碳还原所得到的产物的产率并不高。而目前的商业化装置是将二氧化碳经过一系列反应转化为液态的碳氢燃料，但不仅需要消耗化石燃料还要排放二氧化碳[3]。

即使光催化还原二氧化碳的研究以及开发还会面临许许多多的问题。但是，随着全世界人类对环境问题的关注不断增加，政府机构对于相关研究的支持下；随着更高效、更低价、更多元化的光催化剂被开发，随着科学家对于太阳能更有效的利用，我相信未来光催化还原CO2技术能被大家广泛应用于解决温室效应。除此之外，如果能利用太阳能作为光源，光催化分解水，从而制备出氢气，并且利用太阳能光催化还原二氧化碳，加氢后能转化为其他有机物，同时设计出更完美的二氧化碳捕获体系，这两者结合，我相信二氧化碳的减排以及温室效应的解决是指日可待的。文献综述

1.2 光催化CO2发展

1978年，Halmann成功光催化还原二氧化碳为有机物，具体是用GaP（一种p型半导体）作为光电极，并将二氧化碳转换为水溶液，这奠定了光催化二氧化碳的基础[4]。1979年，Fujishima A等开创了光还原反应体系，还原二氧化碳和气态水为多种有机物，从而提出了光还原二氧化碳的反应机理[5]。此后，Halmann M等又用SrTiO3作为光催化剂，成功从二氧化碳水溶液中光催化还原二氧化碳得到了HCOOH（甲酸）、HCHO（甲醛）和CH3OH（甲醇）[6]。自此，利用光来催化还原二氧化碳的方式开始逐渐进入科学家们的眼中。为了提高催化剂的光催化活性以及希望可以选择其他产物，科学家们对催化剂进行了加工。如 Ishitani等，成功研究出了较之前更为高效的、且产物更丰富的光催化剂。他们尝试在TiO2上掺入Pt和Pd等，结果发现这两样物质的掺入可促进光催化还原反应的进行，而得到的产物主要为甲烷；除此之外，他们还选择了金属Ru、Rh和Au等修饰TiO2，而这次光催化还原的产物主要为CH3COOH[7]。国内在光催化还原二氧化碳方面也进行了大量研究。徐用军等采用原位红外法研究了Pd和RuO2共担载的TiO2上的CO2光还原加氢反应[8]。在近期的研究中，H Li.等选择择WO3为氧化剂、In2S3为还原剂以及Au为固态电子介体，组成Z型光催化还原CO2体系WO3-Au-In2S3。研究发现，利用Au电子介质，WO3与In2S3之间具有良好的界面接触，有力促进WO3与In2S3之间的光生电荷快速迁移，使Z型光催化体系WO3-Au-In2S3中的光生电子与空穴能够有效分离与传输，并保持较强的氧化还原能力[9]。

传统上，我们常用金属氧化物作为光催化CO2转化的最广泛研究的光催化剂。然而，这些催化剂中的大多数不能响应可见光，并且由于电荷载流子的快速复合速率，它们的催化活性仍然远离实际应用的水平。到目前为止，贵金属（如Pt、Ru、Ir、Au、Pd、Ag）是在光催化CO2还原系统中用作助催化剂的重复使用的候选物。使用这些助催化剂的一个大的缺点是它们的储存量低且成本较高，这严重阻碍了它们在实践中的使用。因此，我们旨在探索可用于光催化二氧化碳的固定的、廉价的、高效的和稳定的助催化剂，从而通过人工光合作用将二氧化碳转化为有机化合物，同时继续开发可持续的光催化剂用以太阳能转换。