可见光响应光催化剂及其光（电）催化还原二氧化碳－水体系制备碳氢燃料的研究

CO2减排是目前全球关注的热点。相对于CO2捕集和储存，CO2的化学循环利用具有更加重要的社会效益和环境效益，同时也具有潜在的经济效益。本项目以光（电）催化还原反应为途径，以具有可见光响应的硫化物敏化二氧化钛纳米管为催化剂，催化还原二氧化碳－水体系制备碳氢燃料。优化催化剂制备条件和对催化剂材料的晶型、形貌、表面特性、吸附特性等结构和性能进行调控。通过原位红外等手段研究CO2光催化过程反应过程中的动力学过程与机制。尝试利用光电化学池组装，提高光生载流子的分离，控制副反应，从而提高光催化反应效率。并在此过程中，解析该光（电）催化反应过程中催化剂结构、性能的相关性，阐明影响反应过程的各种动力学因素，探讨催化剂失活机制，获得相关过程规律性的认识，进一步优化催化剂设计和催化反应过程，为太阳能高效光催化二氧化碳-水体系的实用化提供实验和理论依据。

本项目研究光催化还原二氧化碳制备碳氢燃料技术中的光催化剂制备、催化活性表征、光催化反应过程控制以及相关规律性。借助CFD和ANSYS流场仿真计算和结构静力分析以及UG三维结构设计，完成了催化反应器设计；通过系统误差分析研究催化产物表征过程影响因素，建立和完善了常压在线测试平台；设计和制备了CdS敏化TiO2纳米管CdS/TNT及其助催化剂负载Pt(Cu)-CdS/TNT、新型可见光响应催化剂K-La-Bi-M(Ta,Nb)-O、层状双金属氢氧化物Zn(Cu)/Al(Ti)-LDHs、CdS复合的Zn(Cu)/Al-LDHs、Ni/Zn/Cr -LDHs、Ni/Zn/Cr-LDOs、Cu负载的Cu-Ni/Zn/Cr-LDOs、Ni/Zn2Al-LDHs及其LDOs等催化剂体系，表征了其光催化活性，研究了制备条件对催化剂结构以及催化活性的影响，获得了相关规律性认识。研究表明：氧化物纳米管或层状金属氢氧化物所提供的结构限域作用，可有效控制光生载流子的复合，并且有效分离氧化还原活性位，从而提高催化活性。二氧化碳氢化反应过程中存在光热耦合效应，可通过光热耦合过程及产物选择性变化规律，推测催化反应过程机理及验证催化反应活性与催化剂结构的相关性。