张泽凯，章 鼎，刘华彦，朱秋莲，卢晗锋

(浙江工业大学 化工学院工业催化学科催化反应工程研究所，浙江 杭州 310014)

0 前 言

在21世纪的第3个十年，随着极端天气的增加，全世界对碳中和的关注也日益加强[1]。研发用太阳能等可再生能源替代化石能源作为驱动力的反应过程，成为催化等领域的热点课题。而在这些反应过程之中，利用太阳能在催化剂作用下将CO2与水反应生成碳氢化合物，既可以减少CO2排放，又可以得到太阳能燃料，是实现碳中和的最为直接和有力的反应过程之一。这个过程类似于植物的光合作用，也称人工光合成[2-3]

人工光合成虽然有着格外重大的价值，但客观来说，所处的研究阶段还比较早，太阳能转化效率和碳氢化合物的生成速率都非常低。这个结果的形成主要有如下原因，首先太阳能能量密度过低(1 kW/m2)，不能与化石燃料相比。其次，即使是如此有限的太阳能能量密度，普通光合成催化剂能够利用的通常也只有短波光线，只占太阳光谱一小部分。为了能够更多利用太阳光线，开发宽光谱吸收催化剂，将催化剂吸收范围从紫外区延伸到可见光区，是这几十年来科学家孜孜以求的目标[4-5]。

不过，虽然在催化剂吸收范围上取得了明显进展，但是距离研究目标还是稍显不够，为了加快推进研究水平的提高，近几年一种新的研究思路被提了出来，从另一种角度来利用长波光线。

顾名思义，光催化是光作为驱动力，其科学基础是光电效应，即利用光子含有的能量，将半导体催化剂中处于价带的电子激发到导带，形成自由电子和空穴对(e--h+pairs)，然后电子与反应物作用，实现化学反应。……