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CO2在光催化剂表面的反应和活化
发布日期:2018-05-16  来源:化学进展   浏览次数:22
核心提示:摘要本文主要综述了CO2在光催化剂表面光还原的基本原理及其最新进展;深入总结了CO2在催化剂表面吸附和活化、反应路径和机理及其决定因素;对怎样减少
摘 要 本文主要综述了CO2在光催化剂表面光还原的基本原理及其最新进展;深入总结了CO2在催化剂表面吸附和活化、反应路径和机理及其决定因素;对怎样减少光反应过程的反应障碍和控制产物选择性生成提出了新的思路。最后,对光催化还原CO2的发展趋势进行展望。
关键词 CO2 还原 光催化
1.引言
化石燃料的燃烧释放出大量的CO2导致了一系列环境和能源问题[1]。太阳能是一种绿色的可再生资源,对太阳能进行有效的利用,不仅可以减缓能源危机还可以减轻恶劣的环境形式。因此,利用太阳能将CO2转化为甲烷、甲醇、甲酸等化工产品和燃料是解决全球变暖和能源危机的最佳途径[2]。但是,CO2分子非常稳定[5、6]。并且,CO2中C处于最高价态,所以将CO2还原后,在气相体系中会产生CO和CH4;在液相体系会生成更复杂烃类、CH3OH和HCOOH等含氧有机小分子[7]。进年来,尽管许多杂志报道了各种各样的用于催化还原CO2的光催化剂,但是,这些催化剂大都转化效率低、产物可控性差、不能很好的抑制水中的析氢反应[8,9]。因此,目前很难设计制造出转化效率高,产物选择性好,可以用于工业生产的光反应体系。
人们普遍认为光催化反应有三个关键步骤:光捕获、电荷分离和转运、表面反应。前两个步骤在光解水和光还原CO2两个体系的研究中已经日渐成熟[5、9-16]。第三个步骤的研究在光解水体系中要比光还原CO2体系中研究的多一些[17、18]。然而,H2O中CO2的还原过程中伴随着剧烈的析氢反应,从而导致还原产物还原效率低,选择性差等问题。因此在还原水中CO2时我们应该尤其注意CO2与光生电子的表面反应。
张王等人综述了各种用于催化CO2的半导体光催化剂的制备,描述了CO2在其表面的还原过程[4、5、8、9、14、19]。与这些综述不同的是,本文全面介绍了增强CO2吸附和活化能力的方法,以及反应路径和产物选择性的决定因素。通常情况下,H2O比CO2更容易吸附在催化剂表面,抑制水中析氢反应,可以增强CO2的吸附和活化能力,提高光催化还原CO2的效率。在活化过程中,吸附的CO2相继被催化剂表面电子还原。反应过程包括了质子耦合和电子转移,这就决定了产物的反应路径使产物种类多种多样,反应过程更加复杂[4]。本文将对CO2的反应机制和路径及决定因素重点讨论。通过减少反应障碍,控制反应路径,改变PH和外部偏压等反应参数来改善CO2光还原的总效率。与之前光还原CO2的综述相比,本文重点综述了光还原CO2的基本原理、增强CO2吸附和活化的方法、改善光还原CO2效率的最新进展、产物路径和选择性的决定因素。
作者:牛文超
 
 
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