蜂窝状C3N4/CoSe2/GA复合光催化剂的制备及CO2还原性能

以六水金氯化钴、 硒粉和尿素为前驱体, 通过水热法合成C₃N₄/CoSe₂纳米粒子, 再将其锚定在石墨烯气凝胶（Graphene aerogel, GA）表面, 制备蜂窝状C₃N₄/CoSe₂/GA光催化剂. 采用X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段对材料的结构、 形貌和光学性能进行表征. 同时以氙灯作为模拟可见光光源, 通过CO₂光催化还原为CO考察所制备纳米材料的光催化活性. 结果表明, 在C₃N₄纳米片表面引入了CoSe₂和GA并制备出蜂窝状结构 C₃N₄/CoSe₂/GA催化剂, 通过GA, CoSe₂与C₃N₄耦合可以显著提高光吸收密度以及扩展光响应范围, 呈现了更低的荧光强度和最大的电子转移速率. 在同种光催化下, C₃N₄/CoSe₂/GA对CO₂还原催化效率最大, CO产量达到5.75 μmol·g^-1·h^-1, 并且重复使用性能良好.     

Z型异质结Au/CoWO4/g-C3N4的制备及其光催化降解性能

采用浸渍-煅烧方法将Au引入到g-C₃N₄纳米片（CNs）与CoWO₄复合材料中得到Z型异质结光催化剂Au/CoWO₄/CNs（Au/ CoNs-x,x=5、10、20、50）。Au作为电荷传输通道加快了光生电子从CoWO₄迁移至CNs的速度。与CoWO₄/CNs相比,Au/CoNs-10展示出优异的光催化降解亚甲基蓝和盐酸四环素活性,其表观速率常数分别从0.289和0.360 h^-1提升至0.499和0.637 h^-1。光电测试与自由基捕获实验表明,Au/CoNs-10光催化性能的显著提升主要是由于Z型异质结的构建降低了光生电子-空穴的复合速率,同时促使具有高氧化活性的羟基自由基（·OH）和超氧自由基（·O₂^-）的形成。     

基于氨基化煤基碳点的复合光催化剂的制备及对CO2还原的催化性能

采用过氧化氢氧化法剥离出煤炭结构中的晶体碳[煤基碳点(CDs)], 并通过亚硫酰氯氯化及乙二胺钝化等步骤对其进行氨基化修饰, 制得N, S共掺杂的氨基化煤基碳点(NH₂-CDs), 再利用其表面的氨基和含氧基等官能团的配位及分散作用, 将由氯化铜原位还原得到的氧化亚铜(Cu₂O)纳米粒子包覆于其中, 制备了复合催化剂Cu₂O/NH₂-CDs, 表征了其结构和形貌, 并考察了其可见光催化还原CO₂/H₂O的性能. 结果发现, NH₂-CDs的存在使复合催化剂不仅具备了较强的CO₂吸附性能, 而且还具有了高效的电子-空穴对分离和电子转移能力, 从而表现出优异的光催化还原CO₂制备HCOOH的性能. 反应6 h时, 产物HCOOH的量为2582.4 μmol/g cat, 约为同条件下纯Cu₂O作为光催化剂时产物HCOOH产率的7.3倍.     

g-C3N4/BiVO4复合催化剂的制备及应用于光催化还原CO2的性能

用简单的超声分散法合成了具有可见光响应的类石墨氮化碳(g-C₃N₄)/BiVO₄复合光催化剂. 采用X射线衍射(XRD), X射线光电子能谱(XPS), 扫描电子显微镜(SEM), 透射电子显微镜(TEM), 紫外-可见(UV-Vis)分光光谱, 傅里叶红外变换(FTIR)光谱, 荧光发射谱(PL)和光电流响应等技术对所制备催化剂进行相关表征. 通过可见光下(λ> 420 nm)光催化还原CO₂的性能来评价样品的光催化活性, 发现不同复合比的催化剂中, 含40% (w) g-C₃N₄的复合催化剂表现出最高的光催化活性, 其催化活性分别为纯g-C₃N₄纳米片和纯BiVO₄的催化活性的2倍和4倍.光催化活性增加的主要原因是g-C₃N₄和BiVO₄之间形成了异质结, 且相互间能级匹配, 有利于光生电子和空穴的分离.     

理论计算研究二维/二维BP/g-C3N4异质结的光催化CO2还原性能

Photocatalytic reduction of CO₂ to hydrocarbon compounds is a promising method for addressing energy shortages and environmental pollution. Considerable efforts have been devoted to exploring valid strategies to enhance photocatalytic efficiency. Among various modification methods, the hybridization of different photocatalysts is effective for addressing the shortcomings of a single photocatalyst and enhancing its CO₂ reduction performance. In addition, metal-free materials such as g-C₃N₄ and black phosphorus (BP) are attractive because of their unique structures and electronic properties. Many experimental results have verified the superior photocatalytic activity of a BP/g-C₃N₄ composite. However, theoretical understanding of the intrinsic mechanism of the activity enhancement is still lacking. Herein, the geometric structures, optical absorption, electronic properties, and CO₂ reduction reaction processes of 2D/2D BP/g-C₃N₄ composite models are investigated using density functional theory calculations. The composite model consists of a monolayer of BP and a tri-s-triazine-based monolayer of g-C₃N₄. Based on the calculated work function, it is inferred that electrons transfer from g-C₃N₄ to BP owing to the higher Fermi level of g-C₃N₄ compared with that of BP. Furthermore, the charge density difference suggests the formation of a built-in electric field at the interface, which is conducive to the separation of photogenerated electron-hole pairs. The optical absorption coefficient demonstrates that the light absorption of the composite is significantly higher than that of its single-component counterpart. Integrated analysis of the band edge potential and interfacial electronic interaction indicates that the migration of photogenerated charge carriers in the BP/g-C₃N₄ hybrid follows the S-scheme photocatalytic mechanism. Under visible-light irradiation, the photogenerated electrons on BP recombine with the photogenerated holes on g-C₃N₄, leaving photogenerated electrons and holes in the conduction band of g-C₃N₄ and the valence band of BP, respectively. Compared with pristine g-C₃N₄, this S-scheme heterojunction allows efficient separation of photogenerated charge carriers while effectively preserving strong redox abilities. Additionally, the possible reaction path for CO₂ reduction on g-C₃N₄ and BP/g-C₃N₄ is discussed by computing the free energy of each step. It was found that CO₂ reduction on the composite occurs most readily on the g-C₃N₄ side. The reaction path on the composite is different from that on g-C₃N₄. The heterojunction reduces the maximum energy barrier for CO₂ reduction from 1.48 to 1.22 eV, following the optimal reaction path. Consequently, the BP/g-C₃N₄ heterojunction is theoretically proven to be an excellent CO₂ reduction photocatalyst. This work is helpful for understanding the effect of BP modification on the photocatalytic activity of g-C₃N₄. It also provides a theoretical basis for the design of other high-performance CO₂ reduction photocatalysts.      

MOFs基材料在光催化CO2还原中的应用

系统总结了金属有机框架(MOFs)基材料在光催化还原CO₂中的最新研究进展, 其中包括MOFs直接作为光催化剂和作为复合光催化2个主要部分, 讨论了MOFs基光催化剂在催化还原CO₂方面展现出的独特优势, 并对MOFs基光催化剂的结构稳定性与CO₂转化效率等问题进行讨论与分析, 对未来发展趋势进行了展望.     

Ag-BiVO_4复合光催化剂的制备及其可见光光催化机理的研究

BiVO4是一种优良的可见光光催化剂,但是低电荷分离效率和表面吸附性差能严重地制约了其光催化活性的提高.我们通过简单易行的一步水热法制备了银-钒酸铋复合光催化剂(Ag-BiVO4).通过XRD、EDS、XPS、SEM、DRS、PL和BET等手段对其结构和光化学性质进行了详细表征.结果表明,银以Ag和Ag2O的形态存在于催化剂表面.在可见光照射下(λ≥420nm),以染料罗丹明B(Rhodamine B,RhB)和无色小分子水杨酸(Salicylic acid,SA)为模型污染物,考察了Ag-BiVO4和BiVO4的光催化活性.结果表明:Ag的引入能有效提高BiVO4的可见光催化活性,当Ag掺杂量为1.44%时,其光催化效率最高.吸附实验表明Ag的存在极大地加强了RhB在光催化剂表面的吸附.进一步实验表明Ag2O和Ag的相互协同作用使Ag/Ag2O-BiVO4可见光催化活性得到显著提高,其中Ag2O因与BiVO4形成p-n型异质结对其催化活性起到主导作用.     

异质结型AgBr/CuO光催化剂的合成、 光催化活性及再生

采用沉淀法制备了具有p-n异质结结构的AgBr/CuO可见光催化剂, 对其结构进行了表征, 通过甲基橙溶液的降解率评价了AgBr/CuO的光催化活性, 并通过活性物种测试及能带结构分析推测了其光催化机理, 采用3%(质量分数)溴水对使用后的AgBr/CuO进行了再生处理. 结果表明, 在可见光照射下, 0.1 g AgBr/CuO光催化剂30 min对甲基橙溶液(初始浓度为15 mg/L)的降解率高达92%, 远高于同等条件下的AgBr. AgBr/CuO光催化活性提高的原因是AgBr与CuO的复合一方面使催化剂的禁带宽度变宽, 提高了光生电子与光生空穴的氧化还原能力; 另一方面, 在两者之间形成了p-n型异质结结构, 有利于光生电子的转移及光生电子与空穴的分离. 采用绿色环保的溴水再生法可显著恢复催化剂的光催化活性.     

Z型光催化剂Sb2WO6/g-C3N4的制备及光催化性能

通过水热反应合成了Sb₂WO₆改性的g-C₃N₄复合材料(Sb₂WO₆ /g-C₃N₄). 通过X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 紫外-可见漫散射反射光谱(UV-Vis DRS)和光致发光光谱(PL)等表征了样品的性质. 结果表明, Sb₂WO₆在g-C₃N₄的表面上生长, 并且复合材料光吸收能力有一定的增强, 光生电子-空穴的重组率降低. 通过罗丹明B(RhB)的光降解评价了Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料的光催化性能. 结果表明, 模拟日光下Sb₂WO₆质量分数为10%的Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料在60 min内对RhB的降解率为99.3%, 高于纯g-C₃N₄和Sb₂WO₆. Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料的这种高度增强的光催化活性主要归因于强的界面相互作用促进了光生电子-空穴分离和迁移. 添加自由基清除剂的实验结果表明, ·O^2-和h⁺是光催化反应中的主要活性物质. Sb₂WO₆/g-C₃N₄复合材料在几个反应周期内表现出优异的稳定性. 根据实验结果提出了一种可能的Z型光催化机理.     

YFeO3/TiO2异质结材料的制备及其光催化性能研究

通过研磨-焙烧法制备了YFeO3/TiO2异质结材料,考察了焙烧温度和组分质量含量变化对合成异质结材料的影响;进行了X射线衍射(XRD)、傅里叶红外(FRIR)、紫外-可见漫反射(UV-vis/DRS)、光电子能谱(XPS)等表征并测试了不同样品光催化降解橙黄Ⅱ的活性.结果表明,YFeO3/TiO2复合氧化物不仅具有明显的可见光光响应,而且表现出比单组分相对较高的光催化降解活性.最佳的复合样品为600℃焙烧下,w(TiO2)=0.9的复合样品.复合材料光催化活性的提高可归因于p-YFeO3与n-TiO2间存在的p-n结.     

二氧化碳催化还原反应中的光催化剂

总结了CO2光催化还原反应中催化剂的应用，主要涉及TiO2,CdS以及铁氧化物，由于它们自身在反应中存在着一定的缺陷，因而在应用中往往需要对其进行改性，以改变其电子结构和光响应特性，从而提高反应的光催化效率，另外，对催化反应过程所涉及的机理也相应作了介绍。     

Cu2O/CuO Electrocatalyst for Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide to Methanol

Herein, we report the controlled and direct fabrication of Cu₂O/CuO thin film on the conductive nickel foam using electrodeposition route for the electrochemical reduction of carbon dioxide (CO₂) to methanol. The electrocatalytic reduction was performed in CO₂ saturated aqueous solution consisting of KHCO₃, pyridine and HCl at room temperature. CO₂ reduction was carried out at a constant potential of −1.3 V for 120 min to study the electrochemical performance of the prepared electrocatalysts. Cu₂O/CuO shows better electrocatalytic activity with highest current density of 46 mA/cm². The prepared catalyst can be an efficient and selective electrode for the production of methanol.     

单原子催化剂在光催化二氧化碳还原中的研究进展

通过光催化技术将二氧化碳转化成增值的含碳化学品或燃料是解决能源危机和温室效应的一种可持续性方法. 开发高效、 廉价及高稳定性的光催化剂是提高光催化二氧化碳还原(CO₂RR)效率所面临的一大挑战. 单原子催化剂由于具有原子利用率高及电子环境可调等特性而在催化领域被广泛研究. 在光催化二氧化碳还原中, 金属单原子的加入不仅可调节光催化剂的能带结构及吸光性能等物理性质, 还可以有效提高其光生电荷转移效率, 并为研究光催化反应机理提供理想的平台. 近年来, 单原子光催化剂在二氧化碳还原领域的研究发展迅速. 本文综合评述了单原子催化剂在光还原二氧化碳反应中的研究进展, 介绍了不同载体的单原子催化剂的典型研究成果, 并展望了未来的研究趋势.     

二氧化碳电化学还原的研究进展

利用低品阶的可再生电能,将二氧化碳(CO_2)电化学还原生成高附加值的化学品或燃料,既可以变废为宝、减少CO_2排放,又能将可再生能源转变为高能量密度的燃料储存,具有重要的现实意义。电化学还原CO_2的研究,是目前世界范围内的研究热点,许多标志性的重要研究成果不断涌现。本文首先简要介绍了CO_2电化学还原的基本原理,然后概述了近5年来在其电催化剂材料和反应机理相关的实验与理论研究方面的昀新研究进展,昀后对其发展趋势进行了展望。     

Covalent Organic Framework Materials for Photo/ Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction北大核心CSCD

Covalent organic frameworks （COFs）are a class of emerging materials connected by covalent bonds,which have high thermal/chemical stability （except boric acid COFs）,permanent porosity,large specific surface area and good crystallinity. In addition,the structure of the monomer unit in COFs is adjustable and can coordinate with many transition metal ions to provide catalytic active sites. These advantages make COFs helpful to catalyze various reactions. Among them,COFs have an excellent catalytic effect on the CO2 reduction reaction（CO2 RR）. This is mainly because the adjustable pore structure of COFs allows them to adsorb a large amount of CO2 and the π-π stacking structure in COFs can promote charge transfer, which can greatly improve the efficiency of CO2 reduction. COFs can be used as photo/ electrocatalysts to efficiently reduce CO2 to CO,CH4 ,HCOOH and other products. This review discusses the important achievements of CO2 RR catalyzed by COFs, including photo/electrocatalytic CO2 RR and photoelectric coupling CO2 RR. In addition,the future development of COFs as CO2 RR catalysts is also prospected. © 2022, Science Press (China). All rights reserved.     

CO2电化学还原研究进展

综述了利用电化学方法研究CO2在水溶剂，非水溶剂中的转化情况和机理，以及将CO2固定在有机络合物中或用光电化学，光催化还原CO2及仿光合作用转移CO2的最新研究情况，旨在寻求一种合理，高效的CO2转化方法以缓解温室效应。     

Recent Progress on Bismuth-based Nanomaterials for Electrocatalytic Carbon Dioxide Reduction

Due to the burning of fossil fuels, the level of carbon dioxide(CO₂) in the atmosphere gradually rises, leading to serious greenhouse effect and environmental problems. Electrocatalytic reduction of CO₂ is currently an efficient way to convert CO₂ to value-added products. Bismuth(Bi)-based nanomaterials have raised great interests due to their excellent activity and high selectivity to electrocatalytic CO₂ reduction. In this review, the fundamental principles of electrochemical CO₂ reduction reaction(CO₂RR) are introduced at first. Moreover, the recent development of Bi-based electrocatalytic materials including Bi with various nanostructures(nanoparticle, nanosheet, etc.), Bi-based compounds(Bi oxide, bimetal chalcogenide, etc.), and Bi/C nanocomposites are summarized. In the end, the future prospects and challenges of electrocatalysts for CO₂ reduction are discussed.     

皂土固载金属酞菁用于光催化还原CO2的反应

制备了三种皂土固载金属酞菁(ZnPc,CoPc,NiPc),研究了它们在可见光照射下,对CO2还原反应的催化作用.MPc/皂土作为P-型半导体,光照下可产生电子转移得到MPc. .研究结果表明,皂土固载金属酞菁比未固载金属酞菁具有更好的催化性能和重复使用性能,而且与酞菁中心配位的金属对其催化性能有影响,本实验中ZnPc/皂土较好,其负载量为1.0%.     

光电催化二氧化碳还原研究进展

CO_2是最常见的化合物,作为潜在的碳一资源,可用于制备多种高附加值的化学品,如一氧化碳、甲烷、甲醇、甲酸等。传统的热催化转化CO_2方法能耗高,反应条件苛刻。因此,如何在温和条件下高效地将CO_2转化成高附加值的化学品,一直以来是催化领域的研究热点和难点之一。光催化技术反应条件温和、绿色环保。然而,纯光催化反应普遍存在太阳能利用效率有限,光生载流子分离效率低等问题。针对上述问题,在光催化的基础上引入电催化,可以提高载流子的分离效率,在较低的过电位下,实现多电子、质子向CO_2转移,从而提高催化反应效率。总之,光电催化技术可以结合光催化和电催化的优势,提高CO_2催化还原反应效率,为清洁、绿色利用CO_2提供了一种新方法。本文依据光电催化CO_2还原反应基本过程,从光吸收、载流子分离和界面反应等三个角度综述了光电催化反应的基本强化策略,并对未来可能的研究方向进行了展望。     

熔盐电化学还原二氧化碳制备碳材料研究进展北大核心CSCD

二氧化碳浓度持续升高导致的温室效应已在全球范围内引发极端天气、冰川融化等一系列生态环境问题。为降低二氧化碳含量,改善气候变暖带来的恶劣影响,研发高效、绿色、安全的二氧化碳处理技术,促进碳资源循环可持续发展刻不容缓。熔盐离子液体作为一种良好的电化学转化介质,为二氧化碳还原提供了一条极具应用前景的技术路线。综述了国内外近几年高温熔盐中二氧化碳的捕获与电化学还原的研究,简述了熔盐电沉积碳的电化学机理和热力学机制,对不同形貌高附加值碳材料:无定形碳、碳球和碳纳米管的制备进行了总结,最后对未来发展方向做出展望。