银负载碳纳米纤维光催化剂的制备及其性能研究文献综述

 2022-11-28 20:20:29

银负载碳纳米纤维光催化剂的制备及其性能研究

1.选题的科学意义

随着世界工业和经济的快速发展，大量的化石燃料燃烧和汽车尾气导致地球上二氧化碳(CO2)的急剧增加。CO2作为工业燃料燃烧的主要废物,同时也是“温室气体”的主要成份,对温室效应的贡献为55%。目前全世界每年向大气中排放的CO2总量接近300亿吨，特别是在我国，虽然经济发展迅速，但由于工业层次较发达国家相比相对较低，导致了大量CO2的排放带来了较多环境问题。而能源的相对贫乏,特别是石油资源的绝对短缺已成为制约国民经济持续发展的瓶颈，当然也成为科学工作者关注的焦点，而CO2是潜在的廉价碳原物质，如果能将CO2转变为高附加值的化工产品，不仅能够有效解决碳源危机，而且有益于环境。此外，为了避免在转化过程中产生新的CO2，利用光能等绿色能源转化二氧化碳为能源或高附加值化工产品具有重要意义。

2.科研项目背景情况简介

近年来国内外的科研工作者们对CO2的光催化还原己有初步研究，并且少数研究者已开始以有机合成的观念进行探索性的尝试，但从整体上来说，此方面的工作还处于基础性研究阶段，从报道的研究结果来看，醇类物质的转化率非常低，而且面向有机合成，如甲醇的制备，其选择性也很低。在反应影响因素方面，辐照设备、条件，反应器类型,反应体系组成与配比,反应温度等诸多项目的深入探讨还未展开；在机理方面，目前仅达到了“自由基机理”的共识，光催化反应的具体参与物种，详细机理及控制因素等都有待深入研究。

受自然界光合作用的启发，通过人工光合作用与植物的光合作用相似[1-3]，从水分子中提取的电子和质子直接将CO2转化为化学燃料或化学产品的有机原料可能是实现可持续碳循环的最好途径[4,5]。采用光催化转化技术，利用太阳能实现催化转化被认为是最为绿色的技术。

光催化CO2还原研究的核心是光催化材料，它是决定光催化还原CO2过程得以实际应用的重要因素之一。最近科研工作者们研究了相当数量的光催化剂作为CO2光转化的候选材料，包括InP[6]， TiO2[7]， CdS[8]， ZnGa2O4[9]， Zn2GeO4[10,11]，金属有机骨架[12,13]，和一系列具有新型纳米结构的催化剂，如超薄纳米带和超薄纳米片，以实现高转换效率。在这些材料中，有多数为贵金属材料，贵金属材料具有较好的形成纳米粒子的特性，此外，其固有的光照等离子能够很好的激发电子，达到较好的光催化效果。但是，贵金属等离子效应产生的电子极易复合，导致电子无法传递给反应物，因此，采用导电性较强的材料，将贵金属产生的电子引导出来并与反应物结合，达到较好的光催化效果。银作为较为廉价的贵金属，近年来得到了广泛应用。除此之外，碳纳米纤维具有很好的导电性，近年来受到了广泛关注。因此，将银与碳纳米纤维复合，可能会带来较好的光催化效果。

由以上分析，我们选择银负载碳纳米纤维催化剂光催化CO2制备甲醇的研究为课题，不仅对揭示碳纳米纤维催化剂改性机制、探索新的改性途径具有重要的理论意义，同时也对高效光催化剂的开发具有重要的现实意义。

3.反应机理

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