TiO2基催化劑還原CO2研究進展

尉伊莉，黃娟茹，張 陽，馬登省，陳鑫雨

(天津工業大學環境科學與工程學院，天津300387)

隨著現代社會能源需求的不斷增加，不可再生的化石能源正以不斷增長的速率消耗，其終將被消耗殆盡。因此尋找一種新型能源替代化石燃料已成為亟需解決的關鍵問題。其中，隨著化石能源燃燒釋放了大量CO2，其將為合成新能源提供了充足的碳源，然而CO2很難被活化。目前，大多采用高溫高壓協同催化來實現其活化，包括協調激活、路易斯酸-堿協同活化、光電激活、生物酶催化激活和等離子激活等。

光催化技術因反應條件溫和、環境友好和無污染等優點，受到了廣泛關注。近年來，越來越多國家采用光催化技術將CO2還原為CH4、HCHO、CH3OH、HCOOH、CH3CH2OH等重要的化工原料，來緩解 CO2排放帶來的“溫室效應”，并有望解決化石能源短缺的壁壘。基于此，本文在光催化還原CO2機理基礎上，結合近年TiO2在光催化還原CO2應用研究進展，總結光催化還原CO2的研究現狀并展望未來發展前景。

1 TiO2光還原CO2機理

光催化CO2還原是基于植物光合作用的人工光合技術，其實質是光誘導的氧化還原過程。當催化劑受光激發后產生光生電子-空穴對，其分離后分別遷移至催化劑表面的活性位；同時被吸附在活性位上的CO2與遷移來的光生電子(e-)發生反應生成低碳的有機化合物，水分子則被光生空穴(h+)氧化釋放出O2。因此，要實現CO2還原反應，催化劑必須滿足：第一，催化劑的帶隙能量與吸收光能相匹配；第二，催化劑的導帶位置與價帶位置匹配；……