论文总字数：17597字

摘 要

能源是支撑世界发展与进步的基石，世界在不断发展，科技也在不停地进步，有关能源方面的研究也从未停止。化石能源作为长久以来人们所使用的主要能源，给世界发展提供了巨大的支持。但同时，化石能源过度所衍生的问题也十分令人困扰。能源枯竭和环境污染便是传统化石能源压在我们头顶的两座大山。一直以来，开源节流都是能源研究领域的大方向，光还原CO₂的研究是解决当今世界能源问题的重要方式。这也是借鉴了光合作用的成果。光还原CO2，一方面可以减少了传统化石能源产生过多CO₂所导致的环境污染问题，另一方面也极大缓解了能源紧张。将CO₂进行光催化还原，使得碳可以循环利用，因此这也是当今世界能源研究方面的重要方向。利用热化学转化、金属电极还原、光催化还原等方法都是重要的研究手段。

半导体光催化还原CO₂技术在能源可持续性和环境清洁性上有着良好的发展应用前景。因而，寻求一种新型高效稳定可普及性价比高的半导体催化材料是我们如今的重要任务。先使CO₂吸附在还原半导体材料的反应位点上，再使其和电子空穴对进行反应转换，这两个步骤便是光还原CO₂的核心。在H₂O的环境下可以生成各种碳氢化合物并释放出氧气。

我们知道，具有高水氧化活性的过渡金属氧化物电催化剂非常适用于生产清洁和可持续的化学燃料。而CoOOH作为一种新型半导体催化剂，其具有高活性质量的水氧化作用，对于催化还原CO₂有着良好的发展前景。

关键词：光还原co₂ CoOOH 电子-空穴对

Abstract

Energy is the cornerstone of the development and progress of the world, the world is constantly developing, technology is also constantly progress, the energy aspects of the study has never stopped. Fossil energy as a long time people use the main energy, to the development of the world has provided tremendous support. But it is undeniable that the excessive use of traditional fossil fuels has also brought great problems to the world. Energy depletion and environmental pollution is the traditional fossil energy pressure in our head of the two mountains. All along, the source of energy cuts are the general direction of energy research, light reduction of CO₂ research is an important way to solve the world's energy problems. Light reduction of CO₂, on the one hand can reduce the traditional fossil energy generated too much CO₂ caused by environmental pollution problems, on the other hand also greatly alleviate the energy shortage. CO₂ is photocatalytic reduction, so that carbon can be recycled, so this is also an important direction in today's world energy research.

Semiconductor photocatalytic reduction of CO₂ technology in energy sustainability and environmental cleanliness has a good development and application prospects. Therefore, to find a new type of high efficiency and stability can be universal cost-effective semiconductor catalytic materials is our important task today. Semiconductor photocatalytic reduction of CO₂, CO₂ adsorption in the reaction site as a semiconductor for photocatalytic reduction materials, and then CO₂ and photo-generated electron-hole reaction between the conversion, in the H₂O environment can generate a variety of hydrocarbons and Release oxygen.

We know that transition metal oxide electrocatalysts with high water oxidation activity are well suited for the production of clean and sustainable chemical fuels. CoOOH as a new type of semiconductor catalyst, which has a high activity of water oxidation, for the catalytic reduction of CO₂ has a good development prospects.

Key words: Photocatalytic reduction of CO₂；CoOOH；Electron - hole pairs

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 半导体光还原CO₂的基本原理 2

1.2 光催化还原CO₂材料的研究进展 3

1.2.1 TiO₂体系半导体催化剂 4

1.2.2 金属化合物催化剂 4

1.2.3 特殊结构的半导体催化剂 4

1.2.3.1 纳米带结构的半导体催化剂 5

1.2.3.2 介孔结构的半导体催化剂 5

1.3 提高半导体材料光催化性能 5

1.4 CoOOH半导体光催化材料的研究概况 6

1.4.1 光催化过程中羟基自由基的作用与影响 6

1.4.2 CoOOH材料的研究现状 6

1.5 论文的主要研究思路 6

第二章 实验表征部分 8

2.1 样品制备所需要的仪器与试剂 8

2.2 CoOOH样品的制备 8

2.2.1 样品制备的原理 8

2.2.2 实验步骤 9

2.2.3 实验记录 10

2.3 基本物性表征 11

2.3.1 X射线衍射分析（X-ray Diffraction缩写XRD） 11

2.3.2 紫外-可见吸收光谱（Ultraviolet-visible Absorption Spectrometry缩写成UV-Vis） 11

2.3.3 比表面积和孔径分析 (BET) 11

2.4 光还原CO₂性能的评价方法 12

第三章 CoOOH光还原CO₂的性能的评价 13

3.1 引言 13

3.2 物理特性表征与分析 14

3.2.1 晶体结构 14

3.2.2 光吸收特性 15

3.3 光还原CO₂性能表征与分析 16

3.3.1 CO₂吸附脱附性能 16

3.3.2 产出碳氢化合物性能 17

总结与展望 17

致 谢 19

参考文献 20

绪论

当今社会，科技发展日新月异，能源结构日趋多样化，但传统化石能源依旧是难以替代的，超过80%以上的能源来源依旧是传统化石能源所提供。但是，传统化石能源所带来的一系列问题也日益严重，引起了世界各国学者科学家的重视。由于煤石油天然气这些传统能源的过量使用，空气中显著增加的CO₂引起了一系列的环境问题，严重破坏了自然环境与碳循环平衡。这些燃料使用后产生的大量废气废渣的处理问题也给人们带来了一系列的困扰。另一方面，这些传统化石能源并不是无穷无尽的。如果我们选择坐吃山空无疑是坐以待毙，现有的这些化石能源并不能够支撑我们社会的长久可持续发展。因此，寻求一种新型高效清洁可持续的能源便成了世界各国能源研究方面的重要研究方向。

太阳能风能海洋能地热能等新型能源虽然具有清洁无污染储量多来源广等各方面的优点，但由于其极其容易收到自然界的干扰，并不能满足人们对于能源稳定性的要求，只能将其作为缓解能源问题的一种手段，并不能真正解决当前的能源危机。而将二氧化碳转化为有机化合物，制备新型有机燃料，对缓解能源问题有着重要意义^[1]。

请支付后下载全文，论文总字数：17597字