摘要
工业化进程的加快导致了人类社会对于化石能源的过度开发与利用，随之而来的温室效应和能源危机严重影响了人类社会的可持续发展。自上世纪70年代，Inous等人发现半导体粉末可以在水溶液中将二氧化碳（CO2）转化为碳氢燃料以来，光催化CO2还原技术逐渐引起人们的广泛关注。然而，由于光催化CO2还原过程中存在光生电子利用率不足和CO2活化能垒高等一系列问题，设计高效环保的光催化剂已经迫在眉睫。类沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）衍生的多孔碳材料具有比表面积大、CO2吸附容量高、导电性好，光反射能力强等优点，为复合材料的改性提供了新的思路。因此，本文针对传统Bi12O17X2（X=Br，Cl）纳米管存在的光吸收能力不足、CO2吸附能力差和光生电子利用率低等问题，结合多孔碳材料的特性，设计并合成了一系列Bi12O17X2基复合光催化材料，并从所制备材料的光吸收特性、CO2吸附与活化、光生电子利用率等方面分析了其性能提升的原因。论文主要研究内容如下： 1.通过引入ZIF-67衍生多孔碳（PC-67）材料，结合两步法成功地制备PC-67@Bi12O17Cl2（PC-67@BOC）复合材料，并考察了所制备材料的CO2光还原性能。光电化学表征结果表明，引入PC-67材料后在复合材料中实现了更快的电荷分离速率，保证了更多的光生电子参与CO2吸附与活化过程。氙灯照射5h后，PC-67@BOC复合材料在纯水中的光催化CO2还原活性明显提高。当PC-67引入量为1wt%时，PC-67@BOC-2复合材料的CO释放速率最高，为34.16μmolg?1h?1，是BOC单体的2.90倍。此外，结合原位红外光谱图和能带结构图，阐明了可能的光催化CO2还原反应机理。 2.在第一章的基础上，为进一步优化复合材料的电荷分离效率和CO2吸附能力，利用一步溶剂热法成功制备PC-67@Bi12O17Br2（PC-67@BOB）复合材料。在氙灯照射5h后，PC-67@BOB-2在纯水中的CO释放速率达到71.94μmolg?1h?1，是BOB单体的2.95倍，是PC-67@BOC-2复合材料的2.10倍，PC-67材料的最佳掺杂量为5wt%。一系列表征结果表明，PC-67材料的引入在复合材料内部形成了一种快速界面电荷转移通道和CO2吸附中心，提高了光生电子利用率。最后，结合原位红外光谱图和能带结构图，研究了可能的光催化CO2还原反应机理。 3.在前两章的基础上，为了研究ZIF-8衍生多孔碳（PC-8）材料的尺寸变化与CO2光还原性能的关系，利用一步溶剂热法成功构建PC-8@Bi12O17Br2（PC-8@BOB）复合材料。实验结果表明，PC-8材料的最佳引入量为1wt%，复合材料的CO产生速率达到66.91μmolg?1h?1，是BOB单体的2.17倍。一系列表征结果表明，复合材料内部形成了更紧密的接触界面和电荷转移中心，从而促进了光生电荷分离和CO2活化过程。此外，结合原位红外光谱等表征研究了可能的CO2光还原反应机理。
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