摘要：以化石能源为主体的能源消耗不仅造成严重的大气污染,还产生大量的CO_(2),加剧了气候恶化。“减污降碳”成为全球绿色高质量发展的重大战略需求。其中,将CO_(2)催化转化为高附加值碳基化合物成为当前能源与环境领域研究的热点。目前,CO_(2)催化还原的技术主要有热催化、光催化、电催化、光热催化和光电催化等。其中,光热耦合的光驱动光热协同催化技术不但克服了单一光/热催化技术的不足,而且能充分发挥二者的优势,在低(无)能耗的条件下实现高效高选择性催化还原CO_(2)制备碳基化合物,是一种理想的催化还原路径。针对光热催化的分类、机理以及光热催化还原CO_(2)催化剂的优化设计分别做出了概述,并论述了光热催化还原CO_(2)的工业应用以及现存的问题,最后对光热催化还原CO_(2)技术的未来发展进行了展望。

摘要：Pd作为高活性的贵金属催化剂广泛用于铃木偶联反应等有机反应。为提高Pd催化剂对铃木偶联反应的催化性能,采用具有光热效应的MoS_(2)作为载体,设计并制备Pd/MoS_(2)复合纳米催化剂。首先通过水热法合成MoS_(2)花状超结构,该结构由纳米片(片径为200~300 nm,厚度约为7 nm)组装而成。利用还原法在MoS_(2)花状超结构的表面负载Pd纳米颗粒,其直径约为11 nm。随后,以Pd/MoS_(2)花状超结构为催化剂研究了激光加热和油浴加热两种条件下的铃木偶联反应效率。随着波长808 nm的激光的强度从1增加到4 W/cm^(2),激光加热使溶液平衡温度从29.4升高到60.8℃,相应的光热催化产率从30.5%提高到86.3%,明显高于油浴加热同等温度下的热催化产率(24.3%~60.4%)。当反应温度为40℃时,光热催化速率是热催化的1.5倍。综上,Pd/MoS_(2)花状超结构展现了较好的光热催化性能,为设计高活性的铃木偶联反应催化剂提供了新思路。

摘要：CO_(2)资源化利用是实现“碳达峰碳中和”目标不可或缺的环节。将CO_(2)催化转化为甲酸是一种有效且最为原子经济的路径,但因CO_(2)热力学性质稳定,导致其不易活化,反应转化率低。为了在温和条件下得到更高的甲酸产率,将光催化与热催化结合。光热催化主要体现在光活化上,通过激发载流子,调控电子注入位置和吸附位点有效活化CO_(2),热能则增强反应物CO_(2)的吸附、电荷转移和反应速率,激活热活性位点,结合光催化的低能耗、反应条件温和与热催化高效率的优势提高甲酸产率及选择性。目前,光热催化CO_(2)还原制甲酸的主要挑战在于CO_(2)固有的化学稳定性使得CO_(2)转化率低、产物不可控、选择性差等。基于目前对光热催化CO_(2)转化技术的需求,分别介绍了光催化、热催化、光热催化的原理、优势及存在的问题,重点从催化剂改性、反应条件、反应器选择方面综述了光热催化CO_(2)还原制甲酸过程中提高CO_(2)转化率和甲酸选择性的策略,其中重点探讨对于催化剂的改性,包括提高电子-空穴分离程度、调控暴露面比例以及提高CO_(2)的吸附,并阐述了光热催化CO_(2)还原制甲酸需重点攻克的问题。未来研究应综合考虑反应器选择与催化剂设计,通过反应条件的优化,实现高产率甲酸的生产以及光热催化大规模工业应用。

摘要：光热催化还原技术是二氧化碳资源化的研究热点之一.设计高效的新型催化剂材料,是构建有效的光热催化反应体系的重要内容,而开发与催化材料适配的反应器,则可以最大化地发挥催化剂的性能,是光热催化放大反应的关键.我们综述了光热催化反应器的不同形式,讨论了光热催化关键变量温度、光照、给料类型和运行方式对反应器设计的影响.总结了反应器设计的局限性和挑战性,对光热催化还原二氧化碳的技术发展提出了展望.

摘要：光热催化还原CO_(2)作为符合国家“双碳”政策的减碳技术,将温室气体CO_(2)转化为重要的化学燃料和工业原料有望促进“双碳”目标早日实现。光热催化还原CO_(2)利用表面等离子体共振将光能转化为热能,或通过将光能和热能耦合,从而提高太阳光利用率,来催化CO_(2)在较为温和的条件下高效转化为碳氢燃料或工业原料,因而受到碳捕获与转化领域研究人员的高度关注。对目前光热催化还原CO_(2)的研究进展进行了综述,介绍了设计用于CO_(2)转化反应的光热催化剂的最新进展,包括CO_(2)加氢生成CO、CH_(4)、CH_(3)OH或C^(2+)、CH_(4)的CO_(2)重整(CRM)、CO_(2)环加成反应等,最后分析了现阶段光热催化还原CO_(2)催化剂的制约因素,并对其发展前景以及面临的挑战进行了展望。

摘要：近年来,半导体氧化物光催化技术由于反应条件温和,在消除环境空气中氮氧化物NOx(NO+NO2)方面得到了广泛的关注.然而,随着反应过程中湿度的逐渐增加,催化剂表面水的覆盖率也逐渐增加,从而导致许多光催化材料高湿失活.因此研发高湿条件下仍具有高活性的催化剂成为高效脱除大气环境中NOx的关键.本文制备了粒径为1-2μm,结晶度较高的单斜相TiO2(B)微球催化剂.BET和孔结构分析发现, TiO2(B)微球具有高比表面积的多孔结构.催化性能测试发现, TiO2(B)多孔微球在相对湿度为20%时,光热催化下的非NO2选择性高达99%;当相对湿度增至80%时仍保持在96.18%.相比之下,当反应气相对湿度从20%增加到80%时,标准商用二氧化钛P25的非NO2选择性却由95.02%降至58.33%,可见, TiO2(B)多孔微球在光热催化反应中具有较强的耐湿性.进一步研究发现,光热反应中,水在催化剂表面的覆盖率明显减少,从而促进了超氧自由基的形成.ESR自由基捕获实验表明,相较于室温下的光催化反应,光热条件下TiO2(B)微球的超氧自由基含量明显提升,更多的超氧自由基更有利于NO的深度氧化以及抑制毒副产物NO2的生成,从而有效提高了NOx的去除效率,并明显提升了非NO2选择性.原位红外光谱表明,相比于标准P25在光催化和光热催化过程中硝酸根与亚硝酸根含量与暗吸附过程中基本保持不变的情况, TiO2(B)微球在光催化过程中硝酸根的含量相较于暗吸附过程随时间的增加而明显增加,表明在光催化过程中更多的NO在TiO2(B)微球表面生成了更为稳定的含氮化合物;而在光热催化过程中,随反应时间的增加,催化剂表面的亚硝酸根含量逐渐减少,硝酸根含量明显增加,由此表明在光热催化条件下, TiO2(B)微球对NO的深度氧化促进作用明显优于标准商用P25.本文有助于耐湿性光热催化剂的设计,为炎热高湿气候下NOx的脱除提供了参考.

摘要：光热催化是一种高效利用太阳光,将二氧化碳转化为高价值产物的方法.本工作以石墨相氮化碳为载体,通过水热-浸渍两步法制备了负载铂、铁氧化物的石墨相氮化碳催化剂.该催化剂具备优异的光热转换性能,可实现7.36 mmol·h^(−1)·gcat^(−1)的二氧化碳还原活性和97%的一氧化碳选择性.使用X射线晶体衍射(XRD)、配备能量色散X射线谱(EDS)的球差校正扫描透射电子显微镜(Cs-S/TEM)、X射线光电子能谱(XPS)、紫外可见漫反射光谱(DRS)等表征手段从催化剂物相、微观结构、表面状态、光学性能等方面对催化剂进行了表征.结果显示,催化剂能吸收全谱太阳光,且具备较高的载流子分离效率.基于原位傅里叶变换红外光谱(DRIFTS)表征结果,提出了二氧化碳在催化剂表面的可能的反应机理,并对铂在铁氧化物表面的氢溢流效应进行了表征.结果表明二氧化碳和氢气分别在铁氧化物、铂位点被活化,参与催化反应.本工作对后续光热二氧化碳还原催化剂的设计、合成与机理研究具有一定的参考作用.

摘要：CO_(2)甲烷化技术不仅可以实现CO_(2)的循环利用,还能解决CO_(2)排放带来的环境问题。近年来,Ni基催化剂因催化活性好、甲烷选择性高和价格低廉等优点被广泛应用于CO_(2)甲烷化反应中。重点阐述了Ni颗粒的尺寸效应、表面微细结构、载体种类及物理化学性质(碱性位、氧空位、比表面积、孔结构和金属-载体间相互作用)对CO_(2)甲烷化催化剂催化性能的影响,介绍了Ni基双金属合金、结构和电子型助剂对其催化性能的影响,归纳了不同催化剂上CO_(2)甲烷化机理,剖析了Ni基催化剂失活的原因,论述了Ni基催化剂在光热催化CO_(2)甲烷化中的应用,最后对CO_(2)甲烷化催化剂未来研究方向进行了展望。通过对比不同体系获得的研究结果发现,CO_(2)甲烷化反应为结构敏感性反应,Ni颗粒尺寸对催化剂活性有显著影响,然而不同研究得出的最佳Ni颗粒尺寸有明显差异,这可能与不同金属与载体间相互作用或不同制备方法导致的Ni颗粒表面微细结构(如不同晶面、缺陷位等)差异有关,Ni颗粒的尺寸效应有待深入研究;第二金属的加入形成Ni基双金属合金、助剂及研究金属-载体相互作用都有助于开发高稳定性的催化剂;载体表面丰富的碱性位及氧空位,有利于CO_(2)吸附与活化,进而提高催化剂活性。目前,CO_(2)甲烷化反应路径主要分为CO路径和甲酸盐路径,反应遵循的路径可能与反应条件(如温度、压力等)及催化剂表面性质(如羟基丰富度、O^(2-)吸附位点等)有关。然而,关于助剂或载体与Ni物种间的纳米界面结构,以及采用不同助剂和载体对催化剂活性位点及CO_(2)甲烷化反应路径的影响机制,尚缺乏较深入的认知。因此,需借助现场原位成像技术及光谱学技术对催化剂的表界面几何与电子结构进行精细、动态的结构剖析,建立动态结构与性能的构效关系,有利于指导设计合成特定结构的高效Ni基催化剂。

摘要：水滑石(LDHs)具有独特的层状结构、可调的组成、可控的粒径大小和形貌、简单的合成方法、易于放大生产制备等特点,使其具有丰富的可调控性;进一步经过拓扑转变,可制备得到复合金属氧化物、负载型金属催化剂,为设计具有能带结构适宜、表界面结构丰富的绿色、高效纳米催化剂提供了广阔的平台.针对温和条件下H-O,C=O,N≡N,C-C键光驱动催化活化,本文围绕"水滑石多尺度结构精准调控及催化过程强化"的主题,通过对水滑石微观精细结构、介观异质界面结构、高分散催化剂分散特性等方面进行精准调控,实现了水滑石基催化剂在光驱动分解H_2O,还原CO_2, CO加氢制高碳烃、合成氨以及降解环境污染物等反应的强化;揭示了基于能带、缺陷、界面可控的水滑石基材料制备-结构-光驱动催化性能之间的关系,从而为实现太阳能高效转化提供思路.

摘要：设计并利用水热法(Hydrothermal)制备钴掺杂TiO_2(Co-Ti)光热催化剂材料,应用于光热化学循环(PTC)还原CO_2,并与水热法制备的纯TiO_2(H-Ti)和商用P25(P-Ti)进行对比。实验结果显示,Co-Ti材料分解CO_2效果良好,循环平均CO产率为3.75μmol/g,分别是P-Ti和H-Ti平均产率的1.54倍和2.08倍。使用X射线衍射仪(XRD)、紫外-可见固体漫反射光谱(UV-Vis DRS)及固体稳态光致发光光谱(PL)对材料进行表征,表明钴离子掺杂既提高材料光吸收范围,又降低了光生电子空穴对复合率。