編號：NMJS08238
篇名：中空納米材料的構建原理及其在光催化制氫和二氧化碳還原反應中的應用
作者：李旭力 李寧 高旸欽 戈磊
關鍵詞： 中空結構 光催化 制氫 CO2還原 設計原理
機構： 中國石油大學（北京）重質油國家重點實驗室 中國石油大學（北京）新能源與材料學院
摘要： 隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展,能源短缺與環(huán)境污染成為當今世界共同關注的熱點問題,開發(fā)和利用潔凈能源成為當務之急.近年,以半導體為基礎的光催化技術引起了國內外的廣泛關注,其中包括光催化分解水制氫、光催化還原CO2、光催化固氮以及光催化降解污染物等.尤其太陽能驅動的光催化分解水和光催化CO2還原均可將太陽能轉化為可儲存和運輸?shù)幕瘜W能源.因此,設計高效穩(wěn)定的光催化材料具有重要意義.中空結構材料由于具有比表面積大、光吸收效率高以及載流子傳輸路徑縮短等優(yōu)點,在能量轉換領域備受關注,且中空材料的內外表面結構為其它組分的沉積提供了良好的平臺.近年來,研究人員設計和合成了大量的多級納米中空復合材料.本文首先綜述了中空材料的一般制備方法:硬模板法、軟模板法以及自模板法,并從合成方法的基本概念、合成步驟以及優(yōu)缺點進行了概述.總結了近年用于光催化領域中典型單一中空結構材料的合成方法和機理,包括中空結構的CdS,ZnxCd1-xS,g-C3N4,TiO2,CeO2等體系.但單一催化材料的光生電子-空穴對的復合效率較高,導致其催化性能較低,因此,合理設計和構建多級結構對于提升光催化性能具有重要的意義.其次,對多級結構的中空材料進行了分類,概述了構建策略、光催化制氫以及光催化還原二氧化碳的機制.具有多級結構的中空光催化劑可分為兩大類,包括中空助催化劑為基體的材料和中空主光催化劑為基體的材料,其它復雜中空光催體系也基于上述體系的延伸.最后,對中空結構的特征和影響規(guī)律的應用實例進行了介紹.同時,對文獻報道的探索中空納米材料光催化機理的有效方法,如表面光電壓測試、電子自旋順磁共振技術、理論計算結合實驗等技術手段進行了總結.盡管中空材料在能量轉換領域取得了一系列進展,但該領域仍然存在諸多挑戰(zhàn),與實際應用的要求仍然差距較大.中空光催化材料的設計、制備和性能調控需要綜合考慮經(jīng)濟、高性能、穩(wěn)定性和環(huán)境友好等因素,為大規(guī)模應用提供基礎.另一方面,探索光催化機理非常重要,深入進行機理研究不僅有利于設計高效光催化劑,推動表征技術和微觀結構分析的進步,還有助于光催化領域的持續(xù)發(fā)展.綜上,本文為新型中空材料的制備和光催化制氫和CO2還原機理的深入探索提供一定的參考和依據(jù).
