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过度消耗不可再生化石燃料,引起了大气环境中的CO2浓度迅速升高。严重的能源危机和恶劣的生态环境问题引起了广泛的关注,大量的研究探索工作也对此而展开。通过太阳能驱动或电化学转化将CO2变成高附加值的产品,这对于遏制因人类活动排放的CO2和缓解能源危机则是一种有效方式。然而,在催化反应过程中催化剂普遍面临着有限的催化位点、高的载流子复合率以及缓慢的电荷转移动力学过程等问题,导致了CO2在还原转化中效率偏低。因此,寻找高活性催化剂对CO2还原的实际应用有着重要意义。本论文将尝试通过有效表面活性位点、异质界面以及单分散金属位点结构设计、构建,调节相应催化剂的物理、化学及电子特性,从而提升光/电CO2还原性能。主要研究内容如下:(1)控制合成具有锯齿状边缘的二维PbS纳米片(e-PbSNS),用于光催化CO2还原转化。在光敏剂Ru(bpy)3Cl2的体系中,e-PbS NS表现出优异的光还原CO2到CO催化活性(11.3 umol/h)并且明显优于其体相结构的PbS(3.3 umol/h)。丰富边缘结构的e-PbS NS存在不饱和状态悬挂键,有利于暴露更多边缘位点,促进光生电子的转移,增强CO2分子吸附,从而加速光转化CO2动力学过程。与此同时,有着良好水溶性的e-PbSNS在催化反应体系中与均相Ru dye紧密接触,缩短了光生电子从Ru中心到e-PbS NS位点的迁移距离,也有助于提高催化反应活性。(2)尝试调节MOFs金属节点,构造相似拓扑结构的三维双金属Zn/Co-ZIFs用于光催化CO2还原。在Ru光敏剂作用下,Zn/Co-ZIFs有着高的光还原CO2活性,其产物CO达到24.42 umol/h,选择性为81.4%,相比于单金属Zn-ZIF-8其活性提高了 14倍。增强的光催化CO2还原性能可归因于双金属Zn/Co-ZIFs中金属节点调节达到最优化电子结构特性的协同金属位点作用。同时,MOFs拥有大比表面积和高密度金属节点特性,使其能够为化学键断开提供广阔平台及电子转移限制最小化。(3)通过简单的两步溶剂热法制备了一种零维CdS量子点限域在三维ZnIn2S4纳米花上的异质分级结构ZnIn2S4-CdS。在可见光照射下,ZnIn2S4-CdS在光还原CO2中有着优异到CO2到CO催化性能。此分级结构的ZnIn2S4-CdS异质结复合物增强了多重光捕获,紧密接触的异质结有助于缩短载流子迁移距离,便于光生电荷分离、转移,使得电子在界面处有效传输。除此之外,结合超快吸收光谱表明在均匀分散CdS量子点修饰的ZnIn2S4表面可能形成优先的光生电荷转移通道,提高了表界面电荷动力学过程。(4)基于高温处理和熔盐NaCl辅助下将Mn掺杂Zn-ZIF-8剥离成二维片状单分散的Mn氮碳结构材料(2D Mn-N-C)。2D Mn-N-C在电化学CO2还原中取得优异的CO2催化活性,远超过单纯热处理Zn-ZIF和没有熔盐NaCl辅助的锰氮碳(Mn-N-C)结构,其产生的还原产物CO在-0.5 V至-0.7 V之间(vs.RHE)均有超过90%的法拉第效率。二维结构上的金属Mn位点可以增强CO2活化作用,同时与相互连接的氮掺杂碳结构协同作用提升CO2电还原性能。