温州大学王舜/徐全龙&新疆理工学院粟智

Carbon Energy：基于g- C₃N₄光催化剂的CO₂还原反应研究进展

Recent advances in solar-driven CO₂ reduction over g-C₃N₄-based photocatalysts

Quanlong Xu*, Zhihua Xia, Jingmei Zhang, Zhiyi Wei, Qin Guo, Huile Jin, Hua Tang, Shouzhu Li, Xuecong Pan, Zhi Su*, Shun Wang*

Carbon Energy

DOI: 10.1002/cey2.205

研究背景

将CO₂转化为燃料和化工原料的碳循环方案，对于解决能源危机及其排放问题具有重大意义。目前，利用太阳能的光催化技术被认为是实现这一目标的可行策略。近年来，在光催化CO₂还原领域已涌现出大量的研究成果，然而仍缺乏高效稳定的CO₂还原催化剂。作为一种典型聚合物半导体材料，石墨相氮化碳（g-C3N4）具有无金属元素、电子结构可调控、低成本以及易于合成等优点，在光催化领域具有广泛的应用。另外，得益于其较强的还原能力和可见光吸收特性，g-C3N4在光催化CO₂还原领域中具有很大的优势。迄今为止，已有大量研究分析了g-C3N4基光催化剂进行CO₂还原反应的影响因素，并提出多种策略以改善其催化性能。因此，我们对g-C3N4基光催化剂在CO₂还原方面的研究工作进行了系统全面的讨论和总结。

成果介绍

近日，温州大学王舜教授、徐全龙副教授课题组和新疆理工学院粟智教授团队从CO₂还原反应的热力学和动力学过程出发，总结了g-C₃N₄基光催化剂在CO₂还原方面的优势和研究进展。主要内容包括光催化CO₂还原的动力学与热力学过程、g-C₃N₄基光催化剂的改进策略，如表面功能化、分子结构工程、优化晶体结构、形貌调控、负载助催化剂和构建异质结等方面。此外，还分析和讨论了影响CO₂还原反应的内在因素、反应条件及参数等。虽然基于g-C₃N₄的光催化剂在过去的十年中取得了巨大的成就，但要满足CO₂还原在实际生活中的应用，仍存在巨大挑战。除了转化率的瓶颈外，在C2+产物的选择性以及稳定性领域亟需重大的研究突破。作者对于光催化CO₂还原反应体系的优化以及反应产物的分析和检测也提出了独特的见解。最后，作者提出了g-C₃N₄基光催化剂未来研究工作的发展方向、挑战和前景，并肯定了CO₂转化技术的重要意义。在光催化CO₂还原反应上的基础研究、材料探索、材料结构-性能关系等方面的基础理论积累，最终将推动其成为实现碳中和战略的可行技术。该文章以“Recent advances in solar-driven CO₂ reduction over g-C₃N₄-based photocatalysts”为题，发表在Carbon Energy上，温州大学徐全龙副教授为该文第一作者和通讯作者。

图1 碳循环平衡的自然/人工光合作用过程示意图

Carbon Energy期刊面向材料、化学、环境、物理及交叉学科，重点关注碳、碳减排、清洁能源等前沿领域，2019年正式上线，入选“高起点新刊”项目，且被SCIE收录，该刊最新即时影响因子超过20。

撰稿：邵  鹏

审核：张淑萍