半導(dǎo)體/石墨烯復(fù)合光催化劑在化還原CO2制有機(jī)燃料的應(yīng)用
CO2是目前公認(rèn)的溫室氣體, 造成了全球變暖等不可忽視的環(huán)境問(wèn)題. 近十年掀起了CO2活化和化學(xué)固定的研究熱潮. 其中出現(xiàn)了用半導(dǎo)體光催化劑固定CO2、光催化還原CO2制有機(jī)燃料的報(bào)道, 大部分研究集中在C1化合物的轉(zhuǎn)化 , Hoffmann等則對(duì)半導(dǎo)體光催化還原CO2制Cx化合物進(jìn)行了很好的總結(jié). 半導(dǎo)體光催化劑還原CO2的機(jī)理示意如圖14所示.
圖14 半導(dǎo)體光催化劑還原CO2的機(jī)理
Liang 等以兩種具有不同缺陷的石墨烯與TiO2(P25)復(fù)合, 制備復(fù)合光催化劑, 并以其光催化還原CO2制甲烷. 結(jié)果表明, 石墨烯缺陷大小及其含量對(duì)光催化還原CO2的活性影響較大. 最佳復(fù)合催化劑紫外光下的活性是P25的4.5倍, 可見光下是P25的7.2倍. 他們認(rèn)為, 石墨烯的引入顯著增加了光生電子的平均自由路程, 通過(guò)電荷的有效分離延長(zhǎng)了電子和空穴的壽命.
Tu等采用層層自組裝技術(shù), 以聚甲基丙烯酸甲酯球?yàn)闋奚０? 成功制備了由TiO2納米頁(yè)(TNS)與石墨烯交替包裹的中空微球, 并以此中空微球光催化還原CO2制CO和CH4, 結(jié)果表明, 復(fù)合中空微球的活性比單純的TNS和石墨烯都優(yōu)異. 他們認(rèn)為, 超薄的TNS與石墨烯的緊密堆積導(dǎo)致光生電子從TNS快速轉(zhuǎn)移到石墨烯上, 載流子壽命的延長(zhǎng)是復(fù)合光催化劑活性提高的主要原因之一.
