半导体/石墨烯复合光催化剂在化还原CO2制有机燃料的应用

　　CO2是目前公认的温室气体, 造成了全球变暖等不可忽视的环境问题. 近十年掀起了CO2活化和化学固定的研究热潮. 其中出现了用半导体光催化剂固定CO2、光催化还原CO2制有机燃料的报道, 大部分研究集中在C1化合物的转化 , Hoffmann等则对半导体光催化还原CO2制Cx化合物进行了很好的总结. 半导体光催化剂还原CO2的机理示意如图14所示.

图14 半导体光催化剂还原CO2的机理

　　Liang 等以两种具有不同缺陷的石墨烯与TiO2(P25)复合, 制备复合光催化剂, 并以其光催化还原CO2制甲烷. 结果表明, 石墨烯缺陷大小及其含量对光催化还原CO2的活性影响较大. 最佳复合催化剂紫外光下的活性是P25的4.5倍, 可见光下是P25的7.2倍. 他们认为, 石墨烯的引入显著增加了光生电子的平均自由路程, 通过电荷的有效分离延长了电子和空穴的寿命.

　　Tu等采用层层自组装技术, 以聚甲基丙烯酸甲酯球为牺牲模板, 成功制备了由TiO2纳米页(TNS)与石墨烯交替包裹的中空微球, 并以此中空微球光催化还原CO2制CO和CH4, 结果表明, 复合中空微球的活性比单纯的TNS和石墨烯都优异. 他们认为, 超薄的TNS与石墨烯的紧密堆积导致光生电子从TNS快速转移到石墨烯上, 载流子寿命的延长是复合光催化剂活性提高的主要原因之一.