综述：基于金属硫化物的光催化剂在二氧化碳光催化还原中的应用：现状与未来展望

光催化二氧化碳还原中金属硫化物的应用及改性策略研究，探讨其晶体结构特性、高效催化机制及优化方向，提出掺杂、空位工程和双金属协同等改性方法，并分析催化性能提升的挑战与前景。

　　

黄秦青|王迪|郭瑞堂

上海电力大学能源与机械工程学院，中国上海200090

摘要

将二氧化碳（CO₂）光化学还原为高能量化学品最近已成为可持续能源研究的焦点，因为它将碳减排与太阳能燃料合成相结合。在众多光捕获固体材料中，半导体硫化物尤为突出：它们的带隙位于可见光范围内，且导带最小值远高于CO₂/CH₄、CH₃OH或CO的氧化还原电位。在这篇综述中，我们详细讨论了金属硫化物在光催化CO₂还原中的应用，并涵盖了该反应的基本原理。特别强调了为提高金属硫化物光催化剂对CO₂的还原效率而开发的多种改性策略。最后，概述了在探索和优化基于金属硫化物的光催化剂催化性能方面仍存在的挑战，以指明基于金属硫化物的CO₂还原系统最具前景的未来发展方向。

章节摘录

1. 引言

随着现代工业的快速发展，碳排放量的逐年增加严重扰乱了自然碳循环的平衡，成为全球性的环境问题。对化石燃料的过度依赖导致了诸如能源危机和环境污染等严重问题[1]。因此，如何实现大气二氧化碳的捕获、储存和利用已成为科学界的热门课题[2]。

晶体结构

用于CO₂光催化还原的金属硫化物通常包括过渡金属硫化物（TMS），如MoS₂和WS₂ [55]。然而，其他有效的硫化物（如In₂S₃）并不属于TMS。王等人[56]总结了TMS的典型晶体结构。这些结构大致分为两类：层状MS₂ [57]和非层状M_xS_y。第4-7族过渡金属（例如M = Mo, W）的硫化物通常以层状、类似石墨的结构结晶。

提高金属硫化物光催化CO₂还原性能的新策略

近年来，基于金属二硫属化合物和金属二硫族化合物的光催化技术因其高度可定制的物理化学性质和结构特性而受到研究人员的广泛关注，这些特性有助于将CO₂光催化还原为高价值化学品。提高金属硫化物催化剂对CO₂还原性能的设计策略包括：金属和非金属掺杂、空位工程以及使用共催化剂等。

未引用的参考文献

[126]。

CRediT作者贡献声明

黄秦青：撰写——初稿。王迪：。郭瑞堂：指导。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了上海市自然科学基金（23ZR1424500）的资助。