Pt、Cu共改性TiO2選擇性光催化還原CO2制CH4

李長華，趙江婷，熊 卓，趙永椿

(1.國家能源集團江西發(fā)電有限公司，江西 豐城 331100；2.華中科技大學(xué) 煤燃燒國家重點實驗室，湖北 武漢 430074)

0 引 言

CO2是導(dǎo)致全球變暖的主要溫室氣體之一。利用太陽能將CO2轉(zhuǎn)化為可再生能源，不僅可減少CO2排放，還可提供有用的能源[1-2]。自1979年Inoue等首次報道了半導(dǎo)體材料光催化還原CO2后，TiO2由于其高穩(wěn)定性、低成本和低毒性已成為最受歡迎的光催化劑之一[3]。但由于光生電子-空穴對的快速復(fù)合和對可見光的有限利用，TiO2表現(xiàn)出較低的光催化反應(yīng)效率[4]。此外，CO2在TiO2表面的弱吸附也限制了CO2光催化還原的效率。

為了提高TiO2光催化還原CO2的效率，近年來報道了制備具有不同結(jié)構(gòu)或形態(tài)的TiO2[5]、用貴金屬改性TiO2[6]，以及將TiO2與其他材料復(fù)合[7]等方法。文獻[8]研究表明，{101}和{001}雙晶面暴露的TiO2納米晶體顯示出較強的CO2光催化還原活性，這是由于其促進了光生電荷分別向TiO2的不同晶面轉(zhuǎn)移，形成光生電荷空間分離，從而抑制了光生電子和空穴的復(fù)合。但同時，大部分方法也促進了水分解產(chǎn)生H2，使反應(yīng)選擇性仍較差。

Xie等[9]研究發(fā)現(xiàn)，MgO可增強CO2的化學(xué)吸附能力，Pt可提高催化劑的局部電子密度，因此Pt-MgO/TiO2提高了CO2光催化還原制CH4的選擇性。Zhai等[10]制備了Pt@Cu2O/TiO2核殼結(jié)構(gòu)的催化劑，發(fā)現(xiàn)其在抑制水還原為H2的同時，促進了CO2的還原。Zhao等[11]發(fā)現(xiàn)，在TiO2中引入Ag助催化劑后，H2和CO產(chǎn)率顯著增加。Varghese等[12]發(fā)現(xiàn)，Cu助催化劑有利于CO2的還原且不利于產(chǎn)氫。助催化劑不僅能改變TiO2光催化CO2還原效率，還會影響產(chǎn)物的選擇性。合理設(shè)計助催化劑，使CO2選擇性還原為特定產(chǎn)物仍極具挑戰(zhàn)性。……