Z型异质结光催化还原CO2研究进展

王若瑜，陈阳阳，谭集穗，任黎明，宋海涛，林 伟

(1.中国石化石油化工科学研究院，北京 100083；2.北京大学信息科学技术学院；3.清华大学环境学院)

近年来，化石燃料的大规模使用和人类活动性CO2排放量的不断增加引发了能源危机和全球变暖等一系列严重问题。利用光催化技术将 CO2转换成有价值的含碳化学品是减少碳排放、缓解能源危机的先进手段，是助力我国实现“2060碳中和”目标的重要途径之一。1979年，Inoue等首次报道了紫外线照射下CO2光还原为有机化合物的研究[1]，此后TiO2，CdS[2]，Fe2O3[3]，Cu2O[4]等多种半导体材料陆续被用作CO2光催化还原活性材料。CO2还原产物包括HCOOH，CO，HCHO，CH3OH，CH4等[5]。相较于单一种类半导体，利用两种以上半导体材料构造异质结(Heterojunctions)结构可有效调节材料的光激发性能、电子传递与分布特点，从而提高材料的光吸收效率和光生载流子分离效率，制备高效稳定的光催化剂。在多种异质结结构中，通过模拟植物光合作用所构建的Z型异质结(Z scheme heterojunctions)具有优异的光催化性能：在Z型异质结中，氧化还原能力较强的电子和空穴在不同半导体材料上进行空间分离，在提升光生载流子分离效率和材料氧化还原能力的同时也实现了宽光谱响应和高稳定性，具有广阔的应用前景[6-7]，是现阶段光催化材料制备领域的研究重点。以下将从Z型异质结的类型与电荷转移机制、光催化还原CO2的原理和应用三个方面进行简要总结和评述，并对其未来发展方向进行展望。

1 Z型异质结的类型与电荷转移机制

Z型异质结主要由两种能带交错的半导体材料及导电介质构成。……