铟基三元金属硫化物催化剂在光催化二氧化碳还原领域中的研究进展

• Published in: 催化学报 2023, Vol.44 (1), p.67-95
• Main Authors: 杨金曼, 杨铮睿, 杨科芬, 于卿, 朱兴旺, 许晖, 李华明
• Format: Article
• Language: Chinese
• ISSN: 0253-9837

化石能源的过度使用造成CO2大量排放,导致了环境问题,同时引发了能源危机.新能源技术的快速发展为缓解上述问题提供了有效途径.光催化CO2转化技术因绿色环保、成本低廉、反应条件温和、操作安全可控而引起了研究者们的广泛关注.推动光催化CO2转化技术发展的关键在于高效光催化剂的精准设计与合成.目前,已经发展了多种光催化剂.铟基三元金属硫化物因具有合适的能带结构、较宽的吸光范围和独特的双金属位点而成为光催化CO2还原领域的研究热点之一.独特的双金属结构使其具有更丰富的活性位点,同时可以调控对关键中间体的吸附和解吸,进而提高CO2反应活性,并精准调控目标产物的选择性.然而,缓慢的电子传输行为和高载流子复合效率阻碍了CO2还原反应效率的提升,因此,目前距离实现光催化CO2还原技术的工业化应用仍有较大的差距.为了克服上述难题,科学家们对铟基三元金属硫化物进行了大量研究,以期通过修饰改性进一步提高催化效率和选择性.然而,目前有关铟基三元金属硫化物在光催化CO2还原领域应用研究进展的归纳和总结尚不充分,基于此类材料独特的性质,对其进行全面的总结分析是十分必要的.本文首先对光催化CO2还原反应的基本原理进行了分析,探讨了影响其活性和选择性提升的关键要素.然后,对几种典型的铟基三元金属硫化物的结构、组成特性以及合成方法进行了详细归纳.重点围绕铟基三元金属硫化物的性能提升策略,如形貌与结构调控、缺陷工程以及复合材料的构建等,总结了其在光催化CO2还原领域的最新研究进展,深入剖析了催化剂的设计策略与催化活性增强之间的构效关系,以及密度泛函理论计算和原位表征技术在该领域的应用.最后,总结了目前铟基三元金属硫化物研究所面临的挑战,并对未来发展方向进行了展望.