光电催化析氧和CO_(2)还原反应催化剂的研究进展  

Recent advances of the catalysts for photoelectrocatalytic oxygen evolution and CO_(2)reduction reactions

作　　者：朱鸿睿 徐慧民 黄陈金 张志杰 詹麒尼 帅婷玉 李高仁 Hong-Rui Zhu;Hui-Min Xu;Chen-Jin Huang;Zhi-Jie Zhang;Qi-Ni Zhan;Ting-Yu Shuai;Gao-Ren Li(College of Materials Science and Engineering,Sichuan University,Chengdu 610065,Sichuan,China)

机构地区：[1]四川大学材料科学与工程学院,四川成都610065

出　　处：《Chinese Journal of Catalysis》2024年第7期53-107,共55页催化学报（英文）

基　　金：国家自然科学基金(52373215);四川科技项目(2023NSFSC0086);中央高校基本研究经费(YJ2021156).

摘　　要：随着日益增加的化石能源消耗和环境污染,新能源和环境友好型技术的应用对工业发展发挥着重要作用.利用太阳能及电能进行各种催化反应的光电催化(PEC)是一种有应用前景的技术,与传统催化技术相比,具有环保节能、效率高的优势.析氧反应(OER)和CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)是两种具有能源及环境应用潜力的催化反应.PECOER对基于水氧化和其他相关氧化反应的可再生能源技术具有重要作用.PEC CO_(2)RR可以将CO_(2)转化为高附加值化学品,实现CO_(2)的合理利用.上述两种技术均具有较大的研究价值和应用前景.本综述首先阐述了电催化和光催化技术的优缺点.由于工业上使用电催化技术会消耗煤和石油等化石能源,有污染环境的风险,且长期的用电成本会影响最终的盈利;而使用光催化技术又面临着反应效率不理想、稳定性差和可见光吸收率低等缺点.一方面,PEC技术可以解决光催化中光生电子-空穴对复合速度快、反应时间长的缺点;另一方面,PEC技术可以降低电催化过程中在高电流密度下反应所需的过电位,在节省电能的同时提高反应效率.此外,系统地介绍了光电催化产氧和CO_(2)RR的机理和参数、催化剂类型、评价标准以及近年来的研究进展.对于反应条件,光电催化和电催化所使用的基础仪器基本相同,而光电催化是在电催化的基础之上施加外部光源,利用光能进一步提高反应效率和稳定性.光电催化和电催化的反应机理也基本一致,不同的是光电催化的评价标准与电催化有所不同.在光照作用下,除了关注特定电压下的电流密度、选择性和稳定性外,研究者们更关注应用偏压光子电流转换效率(ABPE)和入射光子对电流的效率(IPCE)的影响.同时,介绍了用于PEC OER和CO_(2)RR催化剂的类别、优势、合成方法、设计原则和改性策略.就目前研究而言,光电催化性能优异的催化剂一�Increasing global energy consumption and environmental pollution make the use of new energy sources and environmentally friendly technologies essential to meet the diverse needs of industries.Photoelectrocatalysis is a promising method of utilising solar and electrical energy for various catalytic reactions with significant environmental and energy saving benefits.And photoelectrocatalytic(PEC)oxygen evolution reaction(OER)and CO_(2)reduction reaction(CO_(2)RR)are two catalytic reactions with great potential for energy and environmental applications.PEC OER is critical for renewable energy technologies for water oxidation and other related oxidation reactions.PEC CO_(2)RR converts carbon dioxide into high-value products via a catalyst,enabling the rational use of carbon dioxide and the reduction of greenhouse gas emissions.Both technologies are efficient,environmentally friendly,and sustainable.However,further research and optimisation are needed to promote the industrial application of both technologies for energy conversion and environmental protection.This paper reviews the research progress of PEC CO_(2)RR and OER catalysts in recent years,including detailed descriptions of catalyst types,reaction mechanisms and performance tests.Finally,the paper considers the future trends and prospects of PEC technology,providing new insights into the technology and research directions for PEC OER and CO_(2)RR catalysts.

关 键 词：光电催化 催化剂设计 催化剂制备 析氧反应 二氧化碳还原反应 

分 类 号：X701[环境科学与工程—环境工程] O643.36[理学—物理化学]