王若瑜,陳陽陽,譚集穗,任黎明,宋海濤,林 偉
(1.中國石化石油化工科學研究院,北京 100083;2.北京大學信息科學技術學院;3.清華大學環境學院)
近年來,化石燃料的大規模使用和人類活動性CO2排放量的不斷增加引發了能源危機和全球變暖等一系列嚴重問題。利用光催化技術將 CO2轉換成有價值的含碳化學品是減少碳排放、緩解能源危機的先進手段,是助力我國實現“2060碳中和”目標的重要途徑之一。1979年,Inoue等首次報道了紫外線照射下CO2光還原為有機化合物的研究[1],此后TiO2,CdS[2],Fe2O3[3],Cu2O[4]等多種半導體材料陸續被用作CO2光催化還原活性材料。CO2還原產物包括HCOOH,CO,HCHO,CH3OH,CH4等[5]。相較于單一種類半導體,利用兩種以上半導體材料構造異質結(Heterojunctions)結構可有效調節材料的光激發性能、電子傳遞與分布特點,從而提高材料的光吸收效率和光生載流子分離效率,制備高效穩定的光催化劑。在多種異質結結構中,通過模擬植物光合作用所構建的Z型異質結(Z scheme heterojunctions)具有優異的光催化性能:在Z型異質結中,氧化還原能力較強的電子和空穴在不同半導體材料上進行空間分離,在提升光生載流子分離效率和材料氧化還原能力的同時也實現了寬光譜響應和高穩定性,具有廣闊的應用前景[6-7],是現階段光催化材料制備領域的研究重點。以下將從Z型異質結的類型與電荷轉移機制、光催化還原CO2的原理和應用三個方面進行簡要總結和評述,并對其未來發展方向進行展望。
Z型異質結主要由兩種能帶交錯的半導體材料及導電介質構成。……