SrTiO3光催化还原CO2制备碳氢燃料的研究

Photocatalytic reduction of greenhouse carbon dioxide (CO2) into hydrocarbon fuels and/or high value-added chemicals can be carried out by photocatalytic materials under solar irradiation. This technology can reduce CO2 concentration in the atmosphere and provide a carbon-neutral approach to produce non-fossil fuels that our society has to depend upon, thus attracting great interest. This promising prospect is, however, restricted by the low quantum efficiency of photocatalytic materials. This project aims to develop efficient and stable photocatalytic materials for converting CO2 into hydrocarbon fuels. .This project will focus on photocatalytic materials of SrTi1-xMxO3(M=Fe、Co、 Ni、Cr and so on). We will study the effects of doping with elements on the electronic structure, surface states, CO2 adsorption, and photocatalytic reduction of CO2. The influence of mesoporous structure, selective crystal face exposure, and basic sites on the photocatalytic properties will also be studied. At the same time, we will investigate the effect of cocatalyst (including type, amount, and loading technic) on the photocatalytic activity and selectivity. In addition, we will also develop new visible-light-responsive photocatalytic materials. Finally, the photocatalytic route for reducing CO2 to hydrocarbon fuels and/or valuable chemicals by using solar energy is optimized.

利用光催化材料可以在太阳辐照下将温室气体二氧化碳(CO2)光催化还原成碳氢燃料或（高附加值的化学品）。该技术可以减少大气中的CO2浓度，并提供一种碳中和的途径来获取燃料，因此引起人们的极大兴趣。然而目前光催化还原CO2的量子效率低，因此这项有前途的技术受到极大限制。本项目旨在探索高效稳定的光催化材料用于光催化还原CO2制备碳氢燃料。申请者主要以SrTi1-xMxO3（M=Fe、Co、 Ni、Cr 等）为研究对象，系统研究元素掺杂对电子结构、表面态、CO2 表面吸附、CO2 光催化还原等性质的影响规律；系统研究介孔化、选择性晶面暴露、碱性位对光催化性能的影响规律；深入研究助催化剂(种类、担载量、担载工艺)对光催化还原CO2 的活性和选择性的影响规律。此外，我们还将探索新型可见光响应的光催化材料。最后，优化光催化反应体系，提高光催化还原CO2制备碳氢燃料（或化学品）的量子效率。

利用光催化材料可以在太阳辐照下将温室气体二氧化碳(CO2)光催化还原成碳氢燃料（或高附加值的化学品）。该技术可以减少大气中的CO2浓度，并提供一种碳中和的途径来获取燃料，因此引起人 们的极大兴趣。然而目前光催化还原CO2的量子效率低，因此这项有前途的技术受到极大限制。本项目除了探索新型光催化材料外，主要以SrTi1-xMxO3（M=Fe、Co、 Ni、Cr 等）为研究对象，系统研究元素掺杂、微结构调控、晶体缺陷、助催化剂对CO2 光催化还原性能的性质的影响规律。本项目阐明了元素掺杂对SrTiO3等光催化材料电子结构、表面态、光催化活性的影响规律。元素掺杂形成的碱性位有利于提高CO2的吸附，提升光催化还原CO2制备碳氢燃料的活性。阐明了助催化剂对光催化还原CO2的活性和选择性的影响规律，通过优化制备工艺和采用合适的助催化剂可以显著提高光催化活性。获得了BaZrO3、BaCeO3、ZnGaON等几种能够光催化还原CO2制备碳氢燃料的新型光催化材料。此外，还探索了高效光电极的构建，为利用光电极体系实现光电催化还原CO2制备碳氢燃料提供基础。