編號：NMJS08238
篇名：中空納米材料的構(gòu)建原理及其在光催化制氫和二氧化碳還原反應(yīng)中的應(yīng)用
作者：李旭力 李寧 高旸欽 戈磊
關(guān)鍵詞： 中空結(jié)構(gòu) 光催化 制氫 CO2還原 設(shè)計原理
機構(gòu)： 中國石油大學(xué)（北京）重質(zhì)油國家重點實驗室 中國石油大學(xué)（北京）新能源與材料學(xué)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(guān)注的熱點問題,開發(fā)和利用潔凈能源成為當務(wù)之急.近年,以半導(dǎo)體為基礎(chǔ)的光催化技術(shù)引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)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(qū)動的光催化分解水和光催化CO2還原均可將太陽能轉(zhuǎn)化為可儲存和運輸?shù)幕瘜W(xué)能源.因此,設(shè)計高效穩(wěn)定的光催化材料具有重要意義.中空結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換領(lǐng)域備受關(guān)注,且中空材料的內(nèi)外表面結(jié)構(gòu)為其它組分的沉積提供了良好的平臺.近年來,研究人員設(shè)計和合成了大量的多級納米中空復(fù)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(jié)了近年用于光催化領(lǐng)域中典型單一中空結(jié)構(gòu)材料的合成方法和機理,包括中空結(jié)構(gòu)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(fù)合效率較高,導(dǎo)致其催化性能較低,因此,合理設(shè)計和構(gòu)建多級結(jié)構(gòu)對于提升光催化性能具有重要的意義.其次,對多級結(jié)構(gòu)的中空材料進行了分類,概述了構(gòu)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(jié)構(gòu)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(fù)雜中空光催體系也基于上述體系的延伸.最后,對中空結(jié)構(gòu)的特征和影響規(guī)律的應(yīng)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(shù)、理論計算結(jié)合實驗等技術(shù)手段進行了總結(jié).盡管中空材料在能量轉(zhuǎn)換領(lǐng)域取得了一系列進展,但該領(lǐng)域仍然存在諸多挑戰(zhàn),與實際應(yīng)用的要求仍然差距較大.中空光催化材料的設(shè)計、制備和性能調(diào)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(yīng)用提供基礎(chǔ).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(shè)計高效光催化劑,推動表征技術(shù)和微觀結(jié)構(gòu)分析的進步,還有助于光催化領(lǐng)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).
