NaxK1-xNbO3钙钛矿材料的制备及光催化CO2还原制备甲醇性能研究文献综述

 2023-05-30 08:05

文献综述

文 献 综 述1.1 引言温室气体猛增尤其是CO2气体排放量的增加，出现了气候变化这一全球性问题，对人类生存形成了威胁。

在这个背景之下，世界各国以全球协约的方式来限制温室气体的排放，我国也由此提出碳达峰和碳中和（简称双碳）的目标。

利用半导体光催化是目前一项非常受关注的研究课题，因为它在清洁能源尤其是氢能生产和多种有机污染物分解有所应用。

1.2 光催化还原CO21.2.1 CO2的危害与价值水汽(H2O)、二氧化碳(CO2)、氧化亚氮(N2O)、氟利昂、甲烷(CH4)等是地球大气中主要的温室气体。

它们对许多地区的自然生态系统已经产生了影响，如气候异常、海平面升高、冰川退缩、冻土融化等等，这已经严重影响到了人类的生活。

二氧化碳(CO2)是碳及碳化物氧化的最终产物,同时也是大自然中丰富的碳来源之一。

一种理想的方 法是在常温常压下, 利用太阳光和半导体光催化材料将CO2高效地转化为碳氢化合物(如甲烷、甲醇 等). 这一技术的实现, 一方面可以减少空气中CO2 的浓度, 降低温室气体效应, 另一方面CO2可能取代 石油和天然气成为化工中的碳源, 能够部分缓解日 益紧张的能源危机. 因此将大气中CO2合理地开发 和利用, 将其转化为有价值的产品, 将对环境保护、 碳资源的合理利用及人类社会的可持续发展具有 非常重要的意义.[1]光催化CO2还原研究的核心是光催化材料, 它是决定光催化还原CO2过程得以实际应用的重要因素之一, 因此,探索和开发各种潜在的高效光催化材料是当今重要的研究方向。

1.2.2 光催化还原CO2基本原理(1)在一定波长光线(hvge;Eg)的照射 下, 半导体催化材料价带(VB)上的电子被激发跃迁 到导带(CB)上, 产生光生电子-空穴对; (2)光生电子空穴分离并迁移到光催化材料表面, 同时光生电子空穴可能在体心或表面发生复合; (3)迁移到表面的 光生电子和空穴分别参与氧化还原反应, 其中CO2与光生电子和水中的H 发生反应, 生成有机化合物 (CO2 H e- →有机化合物), 光催化材料表面的光生 空穴与水发生反应, 生成OH 和H , 即: h H2O → OH H , 从而完成光催化还原CO2反应. 在还原过 程中反应条件和催化材料不同, 得到的还原产物也 不同, 如 HCOOH、CO、HCHO、CH3OH 等碳氢化合物。

光催化还原二氧化碳需 要符合两个基本条件: 第一、光子能量必须大于或等于带隙; 第二、导带电位比表面电子受体电位更负价带电位比表面电子供体电位更正. 这样才能 够实现光催化还原CO2这一反应过程。

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