晶面取向与金属负载对CO2光还原反应选择性的影响

"Greenhouse effect"caused by CO2 at atmosphere is a big threaten to human.Solar energy-driven photocatalytic reduction of CO2 to hydrocarbon fuels seems a perfect scheme to solve the environment and energy problems.Nevertheless, its development is limited by low utilization of solar energy,low conversion and selectivity.This is because people know little about molecule adsorption and activation,hetero-interface and electron transportation. A project is proposed to mainly study the selectivity of the photoreduction reaction of CO2.The photocatalysts (BiVO4,AgBiW2O6,NaTaO3) will be designed by controlling facets orientation, and metal (Cu, Ni, Pt) nanoparticles will be loaded on the photocatalysts with the exposed facets.The influences of facet oriention and metal nanoparticles, as well as their synergetic effect, on the reaction selectivity will be revealed by both in-situ spectroscopy method and quantitative calculation. The photocatalytic reaction mechanism of CO2 will be explored.The project will be important to energy saving and exhaust reduction.

大气中二氧化碳引起的"温室效应"严重威胁人类安全，因此，碳污染治理与碳资源利用是环境与能源领域十分重要的研究课题。CO2光催化还原转化为碳氢燃料，是一种解决环境与能源问题近乎完美的方案。然而较低的太阳能利用率、反应转化效率和选择性限制了其发展，这主要由于人们对该反应中CO2吸附、活化、多相反应界面等基本问题认识不足。本项目从CO2光还原反应的选择性研究入手，通过对BiVO4、AgBiW2O6、NaTaO3等材料的晶面取向化学控制，研究晶面取向对产物选择性的影响规律；并利用Cu、Ni、Pt等金属纳米颗粒进行负载修饰，研究不同金属对选择性影响规律，揭示金属负载与晶面取向协同效应对反应选择性的影响规律。通过量化计算与原位谱学表征结合，揭示与CO2光催化还原选择性相关的物理化学机制。本项目对实现节能减排目标，将具有十分重要的理论和现实意义。

项目组从CO2光还原反应的选择性研究入手，对TiO2、ZnS、铋基等典型光催化剂进行了晶面取向精准控制，研究了晶面取向对产物选择性的影响规律；并利用Cu、PtAg等金属纳米颗粒进行了负载修饰，研究了不同金属修饰对选择性影响规律；揭示金属负载与晶面取向协同效应对反应选择性的影响规律；此外，研究了硫化锌及其固溶体等金属空位对还原产物影响。研究发现，催化剂种类，催化剂晶相不同、暴露晶面不同、反应添加剂不同，助催化剂不同，光还原产物不相同。这些因素主要影响到CO2分子的活化机制、吸附脱附方式的不同，导致不同的选择性。此外，金属空位明显改变了Zn0.3Cd0.7S能带位置、光吸收、提高了光电分离效率,同时金属空位改变了分子的吸附、活化方式。通过量化计算与原位谱学表征结合，揭示了与CO2光催化还原选择性相关的物理化学机制。项目的实施，对节能减排，将具有十分重要的理论和现实意义。.截止目前，项目组发表sci收录论文35篇，授权国家发明专利9件，培养研究生20余名，按计划完成项目任务。