利用改性g-C3N4光催化还原CO2

化石燃料的消耗导致CO₂排放量大幅增加,对环境构成严重威胁。本文探讨了石墨相氮化碳（g-C₃N₄）在光催化CO₂还原中的潜在应用,以此来应对全球变暖的影响。然而,g-C₃N₄在这一过程中的有效性受到几个因素的限制,例如光生载流子的快速重组、可见光吸收能力差以及缺乏活性位点等。为了解决这些问题,人们采用了各种改性策略,包括调整g-C₃N₄的形貌（如量子点、纳米棒、纳米管、纳米片、空心球等形貌）,掺杂各种原子,以及与其他半导体形成异质结。本综述重点讨论S型异质结在提高g-C₃N₄光催化性能方面的作用。总之,尽管g-C₃N₄已显示出作为光催化剂用于还原CO₂的潜力,但仍需进一步研究和创新,以克服其当前的局限性。     

无碱CO2加氢高效制甲酸Pd/g-C3N4催化剂的单原子和纳米簇的协同作用(英文)

气候变化威胁人类的生存.化石燃料的过度使用导致CO₂持续排放是引起全球变暖和气候变化的主要因素,须尽快减少CO₂排放.捕获CO₂并将其转化为高附加值的燃料和化学品从而循环利用是减少CO₂净排放的有效措施.其中, CO₂催化加氢制甲酸(HCOOH)是碳捕获与利用(CCU)的有效途径之一,其产物HCOOH可用于防腐剂、牲畜饲料抗菌剂和食品添加剂,也可作为氢载体和直接甲酸燃料电池的燃料.目前,工业上生产HCOOH的工艺包括两个步骤:甲醇和CO在强碱条件下反应生成甲酸甲酯(HCO₂CH₃),随后水解为HCOOH.该工艺利用来自化石燃料的两种原料,排放出大量CO₂,同时在水解步骤中使用了过量的酸性水,因此对生态环境产生一定的危害.近年来,以CO₂为可再生原料合成HCOOH被广泛研究,人们探索了电化学、光化学、生物和热化学反应等多种途径将CO₂还原为HCOOH,以期实现CO     

Ⅱ型TiO2/g-C3N4异质结的构筑促进高效光催化U(Ⅵ)还原

采用水热法将TiO₂纳米片修饰在中空管状g-C₃N₄上制备了TiO₂/g-C₃N₄(T-CN)复合催化剂。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)和光电流响应等对其形貌、结构和光物理性能进行了表征。结果表明,TiO₂纳米片均匀地分散在中空管状g-C₃N₄表面,两者紧密结合形成异质结。TiO₂与g-C₃N₄的质量比为20%时制得的T-CN-20复合催化剂在60 min内对U的去除率为85.64%,是纯相g-C₃N₄的6.7倍。在10倍高浓度阳离子共存条件下的去除率仍大于69.8%,且具有优良的结构稳定性。对光催化产物分析可知,T-CN将U还原为难溶的U(63.68%)以去除铀,可有效解决含铀核废水中的U污染问题。根据能带理论分...     

光催化CO2还原为CH4研究进展(英文)

太阳能驱动二氧化碳光催化还原为CH₄是缓解全球变暖和能源危机的有效策略,然而,光催化效率较低以及产物选择性差,严重阻碍其大规模商业化应用。探究光催化CO₂还原反应机理对解决以上问题有重要参考意义,因此本文对光催化CO₂还原为C₁产物的基本原理及路径进行阐述,主要综述提高CO₂光还原效率以及CH₄选择性的方法,如构建异质结、设计结构缺陷、引入单原子催化剂以及其他方法,最后指出CO₂光还原CH₄面临的挑战和发展前景。     

MgO和Au纳米颗粒共修饰g-C3N4光催化剂增强CO2-H2O光催化反应过程(英文)

光催化CO₂还原制备太阳燃料被广泛关注并逐渐形成研究热点,该过程利用可再生清洁能源太阳能,在低温低压的温和条件下驱动CO₂还原制备CO、CH₄、CH₃OH等燃料气体或者高附加值的碳氢化合物.半导体光催化剂能够将清洁的太阳能有效地转化为化学能,其中,g-C₃N₄由于其成本低、毒性低、稳定性高和带隙窄等优点,被广泛应用于光催化领域.然而,纯g-C₃N₄具有光利用效率低和光生电子-空穴复合率高的缺点,导致光催化活性相对较低.因此,需要对g-C₃N₄进行修饰改性来提高其光催化性能.一方面,MgO具有强大的CO₂吸附能力,可用于修饰半导体以提高光催化还原CO₂的反应活性.另一方面,助催化剂尤其是贵金属,不仅能够捕获电子以提高光生电子-空穴对的分离效率,而且还能提供反应的活性位点.本文通过沉淀和煅烧法制备了不同复合量的MgO-g-C     

Co-MOF作为电子供体用于提高g-C3N4纳米片的可见光催化还原CO2性能(英文)

作为温室效应的主要气体CO₂浓度持续上升,已经成为全球环境问题.将CO₂光催化还原成可再生能源不仅可以解决CO₂带来的温室效应,而且可以将太阳能转化为燃料物质而取代传统意义上的化石能源.实际上光催化的研究可以追溯到1979年,自从Inoue首次报道了光催化CO₂和水制取甲酸、甲烷等有机物,人们一直在努力开发高效的CO₂转化光催化剂.近年来,随着光催化技术的快速稳定发展,各种半导体光催化剂,如Zn2Ge O4,CdS,Fe3O4,g-C₃N₄和SrTiO3等,已被开发用于光催化还原二氧化碳.在这些半导体中,有的材料具有较大的带隙导致较低的可见光活性,有的材料具有毒性引起额外的环境问题.因此,寻求具有适度带隙且环境友好的半导体材料是解决全球变暖问题的关键.近年来, g-C₃N₄因其带隙(约2.7e V)较窄,具有一定的可见光吸收性能,无污染,以及化学和热稳定性良好等特点,被视为理想的可见光响应光...     

静电纺丝法合成S型异质结CoTiO3/g-C3N4纳米纤维及其增强的可见光光催化活性研究（英文）

随着社会的高速发展,化石燃料的消耗量急剧上升,这不仅导致了能源的短缺,而且引发了二氧化碳（CO₂）及其他有害气体的过量排放,造成环境污染.利用太阳能将CO₂光催化转化为碳基燃料是解决上述问题的一种有效途径.在众多半导体光催化材料中,钙钛矿氧化物（CoTiO₃）由于具有独特的电子和晶体结构以及较好的稳定性而备受关注.然而,由于单一半导体光催化剂中光生电子-空穴对的复合率较高,导致其催化还原CO₂的能力有限,制约了其在可见光催化反应中的实际应用.研究发现,构建异质结是提高半导体光催化还原CO₂效率的重要策略之一,因此寻找可与CoTiO₃能带结构很好匹配的半导体材料至关重要.近年来,有机聚合物g-C₃N₄因具有独特的层状结构、较好的热稳定性和化学稳定性,对可见光响应性能良好而受到人们的关注.本研究旨在构建g-C₃N₄与CoTiO₃的S型异质结,以优化体系中光生载流子分离效率,从而有效提升光催化性能.本文首先采用静电纺丝法制备出CoTiO₃纳米纤维,然后通过一步煅烧法构建CoTiO₃/g-C₃N₄ S型异质结光催化剂.X射线衍射仪、傅里叶红外光谱仪、扫描电镜和透射电镜结果证实成功制得了CoTiO₃/g-C₃N₄复合光催化剂.在可见光照射下,测试了不同CoTiO₃质量百分含量（0.5%,1%,1.5%,2%和3%,命名为0.5%CTO/CN,1%CTO/CN,1.5%CTO/CN,2%CTO/CN和3%CTO/CN）的CoTiO₃/g-C₃N₄ S型异质结光催化剂对CO₂的还原能力（反应时间为4 h）.结果发现,2%CTO/CN催化剂显示出最高的光催化性能,其催化生成CO和CH₄的产率分别为46.5和0.825 mol g^-1 h^-1,且生成CO的选择性为98.3%.同时,为了进一步验证光催化性能增强规律,作为补充实验,进行了盐酸四环素（TCH）、土霉素（OTC）和氧氟沙星（OFX）光催化降解实验.结果表明,2%CTO/CN表现出最高的光催化降解效率,2%CTO/CN在光催化CO₂还原和抗生素降解方面均表现出较好的催化性能,这归因于g-C₃N₄与CoTiO₃之间S型异质结的形成.此外,为了讨论光催化还原CO₂的选择性,采用原位红外和理论计算得到中间体的活化过程及其吉布斯自由能,并利用同位素标定实验进一步确认了光催化还原CO₂反应产物中碳源均来自于CO₂气氛.经过稳态荧光、时间分辨荧光、瞬态光电流响应和电化学阻抗图谱测试进一步验证表明,2%CTO/CN异质结的形成降低了光生电子-空穴对的复合率和界面电荷转移电阻,为电荷转移提供了更好的路径,从而提高了光催化性能.为了深入探究S型异质结的反应机理,通过原位X射线光电子能谱、原位电子顺磁共振和密度泛函理论计算研究了光照前后界面处电子流向.具体来说,在g-C₃N₄和CoTiO₃接触之前,g-C₃N₄的功函数小于CoTiO₃,费米能级高于CoTiO₃;当g-C₃N₄和CoTiO₃接触时,电子会从g-C₃N₄转移到CoTiO₃,直到它们的费米能级达到平衡.此时,g-C₃N₄侧的界面电子耗尽,CoTiO₃侧的界面电子富集,使g-C₃N₄的带边向上弯曲带正电,而CoTiO₃的带边向下弯曲带负电.从而,在CTO/CN的界面处形成了内建电场（IEF）,阻碍电子从g-C₃N₄向CoTiO₃的持续流动.光照时,光子同时被CoTiO₃和g-C₃N₄吸收,激发电子从价带跃迁至相应的导带.随后,在形成的IEF驱动下,CoTiO₃中的光生电子倾向于迁移到g-C₃N₄,与g-C₃N₄中的光生空穴结合,使得体系中还原性和氧化性更强的电子和空穴得以保留,从而进一步提高光催化性能.综上,S型电荷转移途径不仅促进了光生载流子的分离,使得更多电子参与反应,而且同时保留了还原性和氧化性较强光生电子和空穴,因此,CTO/CN在光催化还原CO₂和降解抗生素方面表现出较好的性能.本文为基于g-C₃N₄的S型异质结材料在CO₂光还原和抗生素降解领域的应用提供参考.     

一步热聚合法制备K、Mn共掺杂g-C3N4复合光催化剂应用于CO2还原

以尿素和KMnO₄为原料,采用一步热聚合法制备了K、 Mn共掺杂g-C₃N₄复合催化剂,并将其应用于光催化CO₂还原. XRD、 FT-IR、 TEM-EDS、 XPS表征结果表明, K和Mn元素成功地共掺杂到g-C₃N₄骨架构成n-π*共轭形式,部分Mn元素以MnO₂的形式存在.通过色谱对产物进行检测,所有样品的主要产物为CO和CH₄,其中K、Mn共掺杂g-C₃N₄样品较纯的g-C₃N₄样品表现出更高的CO和CH₄产率,最高分别是纯g-C₃N₄的1.82倍和2.18倍.表征发现, K、 Mn共掺杂g-C₃N₄复合催化剂的CO₂还原性能的提升得益于扩展的可见光利用率和光致载流子的加速分离和转移.     

Fe-MOF/g-C3N4嵌入式3D/2D S型异质结的构建及其光还原CO2性能(英文)

利用太阳能驱动温室气体CO₂转化为高价值燃料是解决环境和能源难题的策略之一.二维薄层石墨氮化碳(g-C₃N₄)材料因具有丰富的表面活性位点、较大的比表面积、合适的导带位置、良好的稳定性、易于制备和改性等优点而备受关注,并被认为是光催化还原CO₂的理想材料.然而,二维g-C₃N₄有限的光捕获能力和光生载流子的高电荷复合率限制了其光催化活性.S型异质结具有可控的内建电场强度和稳定的界面载流子传输热/动力学过程,能够在保持最高氧化还原能力的同时,最大限度地提高光生电子-空穴对的空间分离效率.S型异质结是通过耦合具有较小功函数的还原半导体(RP)和具有较大功函数的氧化半导体(OP)构建而成.二维薄层g-C₃N₄完全满足RP材料S型异质结的要求.由活性金属Fe组成的Fe-MOF具有丰富的配位不饱和位点,Fe-MOF中的铁-氧簇在可见光区具有较宽的吸收范围,而且由于功函数明显不同,Fe-MOF是与2D g-C₃     

两步焙烧法制备大比表面积和结晶性增强超薄g-C3N4纳米片及其高效光催化产H2O2

以水和氧气为原料,光催化产过氧化氢（H₂O₂）具有绿色、清洁的特点而受到广泛关注。针对氮化碳（g-C₃N₄）本征光催化活性低的问题,本文采用两步热聚合法制备了具有大比表面积和结晶性增强的超薄g-C₃N₄纳米片光催化剂。煅烧条件对g-C₃N₄的结构属性和催化性能有显著影响。两步焙烧和1℃·min^-1最佳升温速率制备的样品（CN-T-1）表现出显著提高的光催化产H₂O₂效率(3177.0μmol·g^-1·h^-1),为一步焙烧和1℃·min^-1升温速率制备的样品（CN-O-1）(858.6μmol·g^-1·h^-1)的3.7倍,高于文献报导的纯g-C₃N₄产H₂O₂效率。CN-T-1在5次循环使用中H₂O₂产率先略有下降,后基本保持不变,表现出良好的稳定性。相较于CN-O-1,CN-T-1增强的催化性能归因于更大的比表面积、增强的结晶性、更高氧吸附能力和光生载流子分离效率、更长的载流子寿命,以及超薄片层使其具有更大的带隙（3.07 e V,比CN-O-1大+0.26 e V）和更正的价带位置。·O₂^-自由基被证实为主要的活性物种。CN-T-1光催化产H₂O₂被证实为两步单电子ORR路径（O₂+e^-→·O₂^-→H₂O₂）。     

类金属WO2/g-C3N4复合光催化剂的构造及其优异的光催化性能(英文)

随着化石燃料快速消耗和环境污染日益严峻,高效光催化产氢技术作为最有前景的绿色能源技术之一而备受关注.作为典型的2D纳米片,g-C₃N₄具有很多适合应用在光催化领域的特性,如可见光效应、大比表面积和环境友好等,但单一g-C₃N₄的载流子复合率高,光催化性能不佳.研究者尝试负载贵金属(如Pt,Ag,Au等),利用贵金属功函数较高,可以快速捕获g-C₃N₄表面的光生电子,从而有效抑制光生载流子的复合;但其成本较高,限制了该技术的产业化.目前类金属材料(MoO₂,NbO₂,WO₂等)不仅表现出类似贵金属的特性,且价格低廉,有望替代贵金属.因此,引入类金属助催化剂是实现高载流子浓度和宽光谱照射下强光子吸收的好方法.本文设计并制备了类金属WO₂/g-C₃N₄纳米复合物,其表现出了较好的光催化性能:在可见光照射2h,4 wt%WO_...     

K/Cl掺杂g-C3N4的制备及其光催化性能研究

采用湿化学方法制备了K/Cl掺杂石墨相氮化碳(g-C₃N₄)纳米材料.以三聚氰胺、KCl作为前驱体,经过溶解、沉淀和焙烧过程,使K/Cl元素在g-C₃N₄结构上均匀分布.K/Cl掺杂的引入并不影响g-C₃N₄物相的形成,而是使样品的比表面积增加至18.36 m²·g^-1,是纯g-C₃N₄的1.7倍.利用光催化降解气态污染物来表征材料的光催化性能,结果表明,全光谱光照下CN-K/Cl-0.07的性能是纯g-C₃N₄的2.0倍.光催化性能的提升归因于K/Cl双原子掺杂,不但提升了材料的光吸收能力,而且有利于光生电子-空穴的分离.4次循环试验后,CN-K/Cl-0.07光催化降解异丙醇的性能没有明显降低,证明其具有良好的稳定性.K/Cl掺杂g-C₃N₄光催化活性高且使用性能好,将会在气体污...     

g-C3N4/CeO2异质结材料的制备及其光催化性能的研究

以三聚氰胺、硝酸铈为原料,通过高温煅烧法制备了不同CeO₂含量的片层状g-C₃N₄/CeO₂,通过XRD、FT-IR、XPS等对系列g-C₃N₄-CeO₂材料进行了表征,考察了材料在可见光(λ≥420nm)条件下降解盐酸四环素(TC)的光催化活性。与单纯的g-C₃N₄相比,g-C₃N₄/CeO₂-30%具有更优异的光催化性能,这是由于g-C₃N₄-CeO₂间的异质结作用促进了光生电子和空穴分离。自由基捕获实验证实·O^-₂在催化反应过程中起到主要作用,并提出了相应的光催化机理。     

CeTiO4/g-C3N4复合材料的制备及其高效的光催化染料降解性能

采用简单固相法成功制备了Ce Ti O₄/g-C₃N₄-x(CTO/CN-x,x g为g-C₃N₄的添加量)复合材料,并通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、N₂吸附-脱附测试、紫外可见吸收光谱(UV-Vis)及电化学测试对材料进行表征。研究发现:Ce Ti O₄与g-C₃N₄层状纳米片紧密复合,并成功构建了界面异质结结构;形成CTO/CN-x复合相的光催化材料具有良好的可见光光响应性能,且光生空穴-电子对的分离和迁移率明显提高;通过太阳光模拟不同样品光催化降解有机污染物罗丹明B,降解140 min后复合材料CTO/CN-6表现出最高的光催化活性,反应速率常数为0.020 2 min^-1。其活性增强的主要原因是异质结结构的构筑降低了CTO光生载流子的复合几率,提高了光生载流子的迁移速率。     

水分子在均三嗪基g-C3N4上的吸附(英文)

气体分子与光催化剂之间的相互作用对于光催化反应的触发非常重要.对于TiO₂,ZnO和WO₃等传统金属氧化物光催化剂上的水分解反应而言,已有许多报道研究了水分子在它们表面的吸附行为.结果表明,水分子与催化剂表面的原子形成了O–H…O氢键.石墨相氮化碳(g-C₃N₄)是一种具有可见光响应且化学性质稳定的光催化剂,对其进行修饰以增强其分解水产氢性能的研究非常多.本文通过密度泛函理论计算,全面研究了水分子在均三嗪(s-triazine)基g-C₃N₄上的吸附情况.首先构建了一系列初始吸附模型,考察了各种吸附位和水分子的朝向.通过比较分析计算得到的吸附能,确定了一种最优的吸附构型,即水分子以竖直的朝向吸附于褶皱的单层g-C₃N₄表面.水分子中的一个极性O–H键与g-C₃N₄中一个二配位富电子的氮原子结合形成了分子间的O–H…N氢键.其中,H原子与N原子的间距为1.92?,O–H键...     

C/g-C3N4/MoS2复合材料的制备及光催化性能

首先以尿素和葡萄糖为前驱体,通过热缩合方法制备了C/g-C₃N₄,然后利用溶剂热法合成C/g-C₃N₄/MoS₂三元复合材料。通过不同的手段对其进行了表征,结果表明,与C/g-C₃N₄相比,该三元复合材料不仅具有更强的光吸收性能和更大的表面积,而且更有利于电子的转移。同时对其可见光催化降解甲基橙性能进行研究,结果发现,C/g-C₃N₄/MoS₂-2.0%复合材料(含有质量分数为2.0%的MoS₂)表现出最高的反应速率常数(0.0086 min^-1),分别为g-C₃N₄/MoS₂-2.0%(0.0015 min^-1)和C/g-C₃N₄(0.0036min^-1)的5.7倍和2.3倍。     

化学镀法制备CoP量子点修饰g-C3N4用于光催化产氢(英文)

光催化分解水制氢被认为是解决当前能源危机和环境污染问题的重要途径之一.在众多光催化剂中,石墨相氮化碳(g-C₃N₄)因其具有高的热稳定性、高的化学稳定性、合适的能带位置以及成本低廉等优点,受到光催化领域研究者的广泛关注,成为研究热点.然而,由于g-C₃N₄的禁带宽度较大(Eg=2.7 eV),导致其对可见光的响应较差,而且光生电子-空穴对在其中易于复合,从而导致其光催化产氢活性较低.已有研究表明,助催化剂可以有效地促进催化剂中光生载流子的分离和传输,从而提高光催化剂的光催化活性和氢气的产生速率.目前使用最广泛的助催化剂多为贵金属(Au, Ag, Pt和Pd等),然而贵金属储量低、成本高,极大地限制了其实际应用.因而,开发适用于光催化水分解制氢的非贵金属助催化剂成为该领域的研究热点.其中,用非贵金属助催化剂修饰g-C₃N₄制备高效光催化剂分解水制氢技术引起了人们极大的兴趣.过渡金属磷化物(FeP, CoP, CuP, NiP等)是一种有效的光催化辅助催化剂....     

仿生纳米结构的g-C3N4基光催化剂研究进展(英文)

太阳能的绿色高效利用可减缓化石燃料消耗,有助于“双碳”目标的实现.光催化技术不仅可在温和条件下转化太阳能为化学能,还能实现有机污染物的高效降解,是太阳能开发利用的理想技术.光催化技术的核心在于半导体光催化剂的开发.近年来,由于石墨相氮化碳(g-C₃N₄)具有易调节的电子结构、优异的耐热性和化学稳定性,廉价无毒等优势,成为光催化领域中的明星催化剂.然而,未经改性的块体g-C₃N₄存在结晶度差、可见光吸收能力弱、表面积小、载流子易复合以及电荷迁移慢等问题,导致其较低的光催化反应活性.g-C₃N₄微观形貌结构的调控可提升光吸收性能,促进载流子分离与迁移,加快表面反应速率,进而大幅提升g-C₃N₄光催化活性.除了传统的微观形貌结构调控策略以外,模仿自然界中生物结构来设计和构建仿生结构,是提升g-C₃N₄光催化性能的有效途径之一.本综述以传统的微观形貌结构调控策略为铺垫,重点介绍...     

Fe(Ⅲ)螯合掺杂对g-C3N4光催化性能和活性位的影响(英文)

元素掺杂是一种简单有效的光催化剂改性方法.已有诸多文献报道采用非金属元素(B、P、S)或金属元素(Na⁺, Ni³⁺,Co³⁺, Cu²⁺)对g-C₃N₄进行掺杂改性,但目前对金属掺杂的模型和影响机理尚不清晰.g-C₃N₄作为层状材料,它的表面和边缘有大量的胺基,它对光生载流子的传输起到重要作用.此外,胺基可以与金属通过配位键形成螯合物;与胺基螯合的金属由于其功函数较小,可以捕获半导体的光生电子,并有利于降低光生载流子的复合.本文选用Fe(Ⅲ)对g-C₃N₄进行掺杂改性, SEM-EDS表明, C和N元素均匀分布在g-C₃N₄整个骨架上,而Fe元素主要分布在g-C₃N₄边缘部分;FTIR结果发现,掺杂Fe后, N-Hx伸缩振动峰强度随着掺杂量的增加而降低,证明Fe(Ⅲ)与g-C     

CuxP/g-C3N4异质结催化剂Cu和P双位点协同光催化C-C偶联制备C2H4（英文）

作为石油化工的基本原料,乙烯（C₂H₄）广泛应用于水果成熟、药物合成、高科技材料生产和生态农业实践.传统的C₂H₄生产通常是通过煤基化学得到.然而,由于原料稀缺、生产工艺复杂、成本高、选择性差以及碳排放等问题,煤基化学生产C₂H₄面临挑战.作为一种可持续、低成本的替代方案,光驱动二氧化碳还原反应（CO₂RR）正成为一种将温室气体CO₂转化为增值燃料的理想方法.然而,尽管在过去的几十年里,人们在光催化CO₂RR方面做了较多努力,但在实现其高活性和选择性方面仍存在巨大挑战.在大多数已报道的光催化CO₂RR中,由于C₁产物在动力学上的优势,主要得到的通常为CO, CH₄, HCOOH, HCOH等C₁产物.通过C-C耦合过程将CO₂转化为C₂₊化合物,不仅需要进一步将*CO中间体氢化,更需要克服比形成“C-H”和“C-O”慢得多的动力学障碍和更高的能垒.因此,通过光驱动的CO₂RR将CO₂和H₂O直接高活性和选择性的转化为高能量密度的C₂H₄燃料仍是一个重大挑战.本文基于理论计算预测了Cu₃P/g-C₃N₄异质结的光催化电子转移能力,及其CO₂和H₂O分子的吸附能力,并以Na H₂PO₂·H₂O为磷源,原位磷化Cu-g-C₃N₄制备了Cu_xP/g-C₃N₄异质结用于光催化CO₂RR.通过X射线粉末衍射、红外光谱和拉曼光谱证实了得到的Cu_xP/g-C₃N₄中的Cu_xP主要由Cu₃P组成.X射线光电子能谱结果进一步证明了Cu_xP与g-C₃N₄的成功杂化.扫描电镜、高分辨透射电镜、电感耦合等离子体-原子发射光谱、元素分析和氮气等温吸附-脱附曲线结果表明,原位磷化制备的Cu_xP/g-C₃N₄为Cu_xP纳米颗粒与g-C₃N₄纳米片紧密结合并均匀分布在其表面的多孔纳米材料.光催化CO₂RR活性实验结果表明,制备的Cu_xP/g-C₃N₄实现了协同光催化CO₂和H₂O转化生成CO和C₂H₄作为主要产物.值得注意的是,由Cu_xP/g-C₃N₄产生的C₂H₄产物的选择性达到了64.25%,是Cu_xP（6.52%）的9.85倍.同位素标记13CO₂RR测试和对照实验结果表明,这些产物主要来自CO₂的还原,而不是其他可能的碳源.紫外-可见漫反射光谱结果表明, Cu_xP的复合使Cu_xP/g-C₃N₄在紫外可见-近红外光谱范围内具有较好的光吸收能力.光电性能测试和时间分辨光致发光光谱结果表明,复合型Cu_xP/g-C₃N₄异质结中光生载流子分离效率显著提高.时间分辨荧光光谱、飞秒瞬态吸收光谱测试验证了Cu_xP/g-C₃N₄异质结中的超快速界面电子传输机制.g-C₃N₄导带上大部分光生e^-在超强的界面内建电场作用下超快的转移到Cu_xP的导带上,增加了Cu_xP/g-C₃N₄异质结表面有效光生e^-的寿命,促进了光催化CO₂转化率的提高.原位辐照X射线光电子能谱结果直接验证了在CO₂RR过程中这些长寿命光生e^-从g-C₃N₄向Cu_xP的超快转移过程.此外, H₂O吸附实验证实了Cu_xP对H₂O分子的强亲和力.密度泛函理论计算结果表明,这些被吸附的H₂O分子在P位点裂解生成*H,且g-C₃N₄的存在使杂化后的Cu_xP/g-C₃N₄具有适度的加氢能力,促进了CO₂RR过程中的多步加氢反应过程.黑暗条件下的原位漫反射红外光谱结果为H₂O和CO₂分子的共吸附提供了直接证据.在Cu_xP/g-C₃N₄光催化还原CO₂过程中原位漫反射红外光谱检测到了*COOH,*CO,*CHO,*CH₃O和*CH_x吸附态中间体,基于这些中间体, DFT计算优化后的CO₂RR过程结果表明,由于受g-C₃N₄影响和调制的不对称Cu和P双位点的存在,使得在Cu_xP/g-C₃N₄表面生成的*CHO在能量上有利于C-C耦合形成*CHOCHO中间体,该耦合的中间体可进一步接受激发的光生e^-和*H,深度还原生成C₂H₄.综上所述,本文利用原位磷化策略制备了Cu_xP/g-C₃N₄异质结用于光催化CO₂高选择性转化为C₂H₄.结合实验和DFT计算结果详细阐明了Cu_xP/g-C₃N₄异质结催化剂在光反应（电子转移过程）和催化CO₂RR反应（C-C偶联和氢化）过程中的机制.该发现为开发基于Cu_xP的异质结催化剂通过光驱动CO₂RR将CO₂转化为C₂₊增值燃料提供了有价值的参考.