秦祖赠，吴靖，李斌，苏通明，纪红兵,2,＊

1广西大学化学化工学院，南宁 530004

2中山大学化学学院，广州 510275

1 前言

二氧化碳是化石燃料燃烧的最终产物。工业革命前，大气中CO2浓度在300 μL·L-1左右。200年来，随着科技的发展和人口的暴增，化石燃料的消耗越来越大，CO2排放量持续增加，目前大气中CO2的浓度达到400 μL·L-1以上1。二氧化碳的浓度增加对人类的生存环境和地球的生态系统造成严重影响，因此，探索如何减少大气中CO2的含量并合理利用CO2已经成为全世界重要研究课题之一。解决这个问题的理想方案之一是通过光催化将二氧化碳转化为可利用化学品2。太阳光作为唯一的能量输入，虽然效率很低，但已成功在光催化系统中将CO2转化为CH43、CO4、CH3OH5、HCOOH6及其它可利用化学品。在过去的几十年中已经探索了大量用于CO2还原的半导体或复合半导体光催化剂，包括TiO27、CuO8、ZnO9、WO310、BiYO311,12、Bi2WO613、NaNbO314、BiVO415等金属氧化物，ZnS16、CdS17、CdSe18、CoTe19等金属硫属元素化物，GaN20、Ni2P21等金属氮化物和磷化物，ZnAl-LDHs22等层状双氢氧化物和非金属半导体，如类石墨相氮化碳(g-C3N4)23、SiC24、氧化石墨烯(GO)25和碳量子点(CQD)26等。

但大多数半导体的光催化效率相对较低，不能满足大规模工业应用，主要原因如下：(1) 光吸收范围较小：传统的半导体带隙偏大，只能被具有较高能量的紫外光激发，而紫外光仅在太阳光谱中占4%-5%；(2) 光生载流子的分离和迁移效率低：在迁移到半导体表面的过程中，大部分光生电子和空穴会发生复合，大大降低了光催化性能；(3)反应活性位点不足：由于比表面积不足，仅有少量光生载流子能到达催化剂表面与少量吸附在表面CO2进行反应。……