光热协同催化作为催化领域的新途径,可以改善单一光催化、热催化的不足,实现太阳能的高效利用。而设计一种高效稳定的光热催化剂以及探寻光与热协同的催化机理是该领域的研究前沿。铋基氧卤化合物Bi4MO8X(M=Nb,Ta;X=Cl,Br)作为一种新兴的光催化材料,具有光吸收范围宽、光生载流子分离效率高、稳定性好等优点。但是,如何活化Bi4MO8X,使其成为一种高效的太阳光-热转换的光热催化剂有待研究。本文利用Z型结构筑及引入氧空位两个途径活化Bi4TaO8Cl,分别研究了 Bi4TaO8Cl/W18O49 Z型异质结及氧空位型Bi4TaO8Cl催化剂的光热催化还原CO2性能,为设计高效光热还原CO2催化剂提供了一种有前景的技术手段。具体研究内容如下:(1)Bi4TaO8Cl/W18O49 Z型异质结光热催化CO2还原研究。在Bi4TaO8Cl纳米片表面负载非化学计量的W18O49纳米结构,制备了直接Z结Bi4TaO8Cl/W18O49光催化剂,研究了 Z型异质结光热催化还原CO2活性。与Bi4TaO8Cl相比,新型Z结光催化剂还原CO2为CO产率提高了 1.92倍,而光热催化还原CO2为CO产率增加了 167.29倍。综合分析表明,光热催化不仅降低了反应的活化能,增加了催化剂表面参与二氧化碳还原的电子数量,而且大大提高了表面反应速率,同时也促进了 Bi4TaO8Cl/W18O49异质结界面电子空穴的Z型转移。值得注意的是,这种Bi4TaO8Cl/W18O49Z型异质结在暗态下能延续热催化CO2还原,即在暗态下W18O49中储存的电子能被热活化转移到Bi4TaO8Cl的导带中参与CO2的还原。综上,光热协同作用可以增强Bi4TaO8Cl/W18O49异质结电子空穴的Z型转移,为设计高效生产太阳能燃料的直接Z结催化剂提供了思路。(2)氧空位型Bi4TaO8Cl的光热催化CO2还原研究。通过熔盐法合成了厚度约为200 nm的Bi4TaO8Cl纳米片,然后利用溶液等离子体高压脉冲液相放电产生高强电场及H自由基的优势处理Bi4TaO8Cl纳米片。处理后的样品保持了原样品形貌,但光吸收带边红移、比表面积增大、催化活性位点增多、氧缺陷信号增强。理论研究表明,Bi4TaO8Cl暴露的(001)晶面上(Bi202)2+层易于形成氧空位,这不仅有利于电荷分离,而且有利于表面反应物的吸附及电子活化,降低反应活化能,提高CO2还原能力。光催化和光热催化还原CO2研究均表明,溶液等离子体处理提高了样品光催化和光热催化活性,其中Bi4TaO8Cl-4h样品光热还原CO2至CO产量比Bi4TaO8Cl光还原CO2提高了 16.5倍。光热协同催化有利于缺陷处光生电子的二次释放,提高光生载流子利用率,因此光热催化CO2还原效率提升更显著。