隨著不可再生的化石燃料的極速消耗以及氣候（hòu）變化的日趨激烈，尋求綠色清潔能（néng）源以減少溫室氣體的排放已經成為當下能源（yuán）研究的熱點（diǎn）。氫氣是極有希望替代傳統化石能源的一（yī）種清潔能源。然而，目前氫氣的生產方（fāng）法仍依賴於石（shí）油化（huà）工（gōng）和煤化工，生產過程需要消耗化石能源並排放大量溫室氣體。因而尋求綠色高效、價格低廉的氫（qīng）氣（qì）生產方法成為氫能源廣泛應用的先決條件。近年來，利用太陽光直接分解水成為一種可能的獲取氫氣的途（tú）徑（jìng）而廣受研究。迄今為止，各種各（gè）樣的光催化劑被開發出來並用於（yú）產氫過程，如 TiO2、CdS、ZnS、BiWO3、g-CN等。采用多級孔 Beta 分子篩（shāi）為載體，Zhou 等通過兩步孔（kǒng）修飾在介孔孔（kǒng）道中負載了高分散的 Pt/CdS 納米粒（lì）子。

在模擬太陽光照射下，這種新型催化（huà）劑能夠（gòu）高效穩（wěn）定地析氫（qīng），速率為 3.09 mmol/(h·g)。高分散（sàn） CdS 物種和分子篩多級結（jié）構（gòu）之間的協同效應促進了光生電子和空穴的分離和轉移，從而提高了催化劑的光- 電化學性質和析氫速（sù）率。此外（wài），這種新穎的多級孔結構能（néng）夠有效（xiào）避免 Pt/CdS 納米粒子的（de）光腐（fǔ）蝕，從而在光催化體（tǐ）係中表現出（chū）高穩定性。通過將 ZnxCd1-xS納米顆粒與模板法礦化、離子交換/晶種生長法製（zhì）備的多級細菌纖維素(BC)組裝，Wang 等設計了一種多級孔ZnxCd1-xS/BC生物納米（mǐ）複合物泡沫。在可見光照射、優異的表觀（guān）量子效率(12%；420nm)條件（jiàn）下，最佳的ZnxCd1-xS/BC催化劑析氫速（sù）率高達（dá） 1450 mmol/(h·g)得益於樣品的高比表麵積、窄帶隙、多級結構以及 ZnxCd1-xS本征性質的協同作用。Zhao 等報道了一種基於三維有序大孔結構(3DOM)的三元組分光子晶體TiO2-Au-CdS 催化劑，在光解水產氫方（fāng）麵具有優（yōu）異的性能。在該體係（xì）中，TiO2提供3DOM 光子晶體結構，通過慢光子效應來增（zēng）強光吸收。

CdS 作為（wéi）光敏化劑（jì）在可見光照射下產生電子，並與 TiO2形成異質結增強光生電子空穴的分離。金納米顆粒（lì）在光解水產氫過程中具有兩種作用（yòng），分（fèn）別是電子傳輸體和等離子光敏劑（jì）。Xing 等采用“硬模（mó）板 - 硫化自組裝”的（de）方法（fǎ），開發了一種“具有（yǒu）電荷空間分離效應”的雙助光催化劑:MnOx@CdS/CoP。MnOx和 CoP 納（nà）米顆粒分別負載在 CdS 介孔空心殼層的內壁與外壁。在模擬太陽光照射下，CdS 產生的（de）光生電子與空（kōng）穴分別被外表麵（miàn）的 CoP 和內表（biǎo）麵的 MnOx捕獲，實（shí）現了電子和空穴在空間上的分離。與單助催（cuī）化劑MnOx@CdS 和CdS/CoP 相比，合成的 MnOx@CdS/CoP 催化劑（jì）表現出（chū）更加優異且穩定的光解水產氫活性。Guo 等利用電化學腐蝕的方法設計出規則有序排列的TiO2短管陣列薄膜，並在TiO2短管內表麵均勻生長出（chū）多層（céng）硫化鉬 (MoS2)納米片（piàn），將其應（yīng）用於太陽光分解水製氫中。通（tōng）過（guò）光催化反應測試發現，這種規則有序的多孔 MoS2@TiO2光（guāng）催化劑，表（biǎo）現（xiàn）出優異的太陽光分解水製氫活（huó）性以及（jí）循環穩（wěn）定性。多孔 TiO2短管陣（zhèn）列在新型的光（guāng）催化劑中，不僅起到吸收紫外（wài）線的作用，同時也可實現對 MOS2催化劑的擔載（zǎi），從而提高（gāo）太陽光的利用效率和（hé）光催（cuī）化過程的穩定性。

在光催化劑作用下（xià），利用太陽能將 CO2轉化（huà）成可再生的甲烷和（hé）甲醇等碳氫燃料，是一種減少（shǎo）大氣中 CO2的有效方法（fǎ）。同時，利用光催（cuī）化技術，可以抑製溫室效應並減少化石（shí）燃料的消耗。目前，已有很多研究報道了用於（yú）光催化還（hái）原 CO2的半（bàn）導體光催化劑。Lou 等（děng）通過在模板 Fe203立方體上包覆氮雜碳材料(NC)合成NC 納米盒子。隨後，他們在 NC 納米盒（hé）子上組（zǔ）裝一層超薄 NiCo204二（èr）維納米片,構（gòu）築了NC@NiCo204多級雙層納米盒子。該NC@NiCo204 複合催（cuī）化劑表（biǎo）現出良好（hǎo）的可見光還原 CO2的（de）活性和穩定性，產物 CO的產率為 26.2 μmol/h [ 2.62 x 104μmol/(h·g)]。該體係中（zhōng），半導體二維納米材料（liào）可促進光（guāng）生載流子的分離，提供較高的比表麵積，並暴露豐富的催化活性位點，碳材料具有（yǒu）良好的導電性和優異的光穩定性（xìng）。此外，空心（xīn）納米結構光催（cuī）化劑不僅能夠有效降低光生電子 - 空穴的體相複合，促進 CO2分子吸附，加速多相催化反應進（jìn）行，還能夠實現光在空心結（jié）構內的多次散射與反射，進而更加（jiā）有效地利用太陽光催化還原（yuán） CO2。Di等利用微波（bō）輔助溶劑熱法，並（bìng）結（jié）合熱（rè）處理，成功製備了穩定（dìng）的、多級孔（kǒng）結構的（de） TiO2亞穩相(圖13-6)。這種 TiO2顆粒由厚度約 30 nm 的超薄（báo）納米片構成，最終形成三維（wéi）的多孔結構。該結構具有高比表麵（miàn）積，為 CO2吸收及轉化提供大量的活性位點。多級孔結構的 TiO2在（zài） CO2還原成甲烷和甲醇的過（guò）程中展現出優異（yì）的光催化活性。與銳鈦礦型TiO2和商（shāng）用 P25 相比，TiO2亞穩（wěn）相展（zhǎn）現出（chū）更為優異的光（guāng）催化還原 CO2的效（xiào）率。

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