《表3 部分光电协同转化CO2的研究成果》

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《太阳能驱动二氧化碳转化》

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光电协同转化CO2主要存在三个方面的挑战：光吸收差、电荷分离/传输效率低以及表面催化转化慢[70]。光吸收范围主要取决于半导体材料的带隙及其表面性质，而光吸收不足会大大损害整体能量转换效率。目前常用的促进光吸收的光电极改性方法有电极纳米结构化[71-73]或引入其他吸光材料[74-75]。即使光吸收良好，受光激发的载流子有时也会由于表面状态如缺陷或杂质而发生严重的重组[76]。吸收光后，光激发的电子和空穴重新分离并在相反的方向上进行迁移，然后再进行复合。为了在此过程中增强电荷动力学，通常将重点放在优化半导体的电子和界面特性上。常用的优化方法有构造半导体异质结[77-79]、构建半导体助催化剂肖特基结[80-81]以及利用电子提取层[82]。由于CO2包含两个稳定的C=O键，很难解离，还原速度较慢。引入合适的助催化剂通常可以改善表面催化转化的活性和选择性。用于光电协同转化CO2的助催化剂可以从用于电催化转化CO2的催化剂材料中选择，其中大多数为无机材料，例如金属、合金和N掺杂多孔碳载体金属单原子材料（M-N-C）等[64，83-85]。除无机助催化剂外，最近还出现了有关细菌、生物酶和仿生分子助催化剂用于光电催化CO2还原的研究，并取得了很好的进展[86-88]。表3列举了部分光电协同转化CO2的研究成果。