光催化CO_2转化为碳氢燃料体系的综述

传统化石能源燃烧产生CO2引起的地球变暖和能源短缺已经成为一个严重的全球性问题.利用太阳光和光催化材料将CO2还原为碳氢燃料,不仅可以减少空气中CO2浓度,降低温室效应的影响,还可以提供碳氢燃料,缓解能源短缺问题,因此日益受到各国科学家的高度关注.本文综述了光催化还原CO2为碳氢燃料的研究进展,介绍了光催化还原CO2的反应机理,并对现阶段报道的光催化还原CO2材料体系进行了整理和分类,包括TiO2光催化材料,ABO3型钙钛矿光催化材料,尖晶石型光催化材料,掺杂型光催化材料,复合光催化材料,V、W、Ge、Ga基光催化材料及石墨烯基光催化材料.评述了各种材料体系的特点及光催化性能的一些影响因素.最后对光催化还原CO2的研究前景进行了展望.

第一性原理计算A、B位掺杂对NaNbO_3电子结构的影响

钙钛矿结构的NaNbO3具有光催化分解水和降解有机物的性能,但其禁带宽度为3.40eV,因此仅具有紫外光响应.为了实现其可见光响应,本文通过密度泛函理论计算探讨了A位(Ag+)掺杂和B位(Sb5+、V5+)掺杂对NaNbO3的电子结构和光吸收性能的影响.结果表明,掺杂Ag+后,O 2p轨道和Ag 4d轨道杂化进而导致价带位置上移.掺杂Sb5+后,Nb 4d轨道和Sb 5s5p轨道杂化,导致导带位置下移.掺杂V5+后,Nb 4d轨道和V 3d轨道杂化,也导致导带位置下移.基于上述结果,提出了通过A、B位掺杂NaNbO3实现其光吸收红移的机制,本研究对通过掺杂调控NaNbO3光催化材料的光吸收方面有一定的指导意义.

第一性原理计算N掺杂对InNbO_4电子结构的影响

宽带隙(3.83 e V)半导体光催化材料InNbO_4在紫外光作用下具有分解水和降解有机物的性能.最近实验发现了N掺杂InNbO_4具有可见光下分解水制氢的活性.为了从理论上解释这一实验现象,本文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算了N掺杂对InNbO_4的能带结构、态密度和光学性质的影响.分析能带结构可得,N掺杂后在InNbO_4的价带(O 2p)上方形成N 2p局域能级,导致电子跃迁所需的能量减小.吸收光谱表明,N掺杂后InNbO_4的光吸收边出现了红移,实现了可见光吸收.