氮化碳光催化水裂解制氢及过氧化氢

随着社会的发展，对化石能源的需求和消耗急剧增加，造成了严重的能源危机和环境污染。面对化石燃料的枯竭，迫切需要寻找替代能源来维持快速发展^[1]。半导体光催化为解决能源危机和环境污染问题提供了一条可持续发展的途径，近年来备受关注。在阳光照射下，半导体光催化剂可以被激发产生电子和空穴。光生成的载体可以迁移到光催化剂表面进行初始氧化还原反应，如水裂解生成氢气，CO₂还原生成碳氢燃料，有机污染物矿化为CO₂和H₂O^[2]。氢气是一种具有高热值的气体，被认为是未来清洁能源的潜在候选者。然而，目前氢能主要来源于煤炭和天然气，造成了不可再生能源的消耗和二次污染。因此，开发更清洁、更高效的氢能源生产方法迫在眉睫^[3]。过氧化氢(H₂O₂)是一种温和的环保型氧化剂，已广泛应用于废水处理、造纸工业等领域。同时，在燃料电池领域，H₂O₂因其高能量密度和安全性而成为一种很有前景的能源^[4]。根据调查，CN在光催化分解水的领域具有潜在的应用前景。为了提高CN在水分解中的量子效率，总结了包括助催化剂改性、形貌控制、结晶度增强、元素掺杂、半导体耦合和表面功能化等方面的改性策略。虽然改性CN光催化剂在水中氧化还原反应方面取得了令人鼓舞的进展，但CN光催化技术在实际应用前仍有一些问题需要解决。(1)光催化水裂解仍然依赖于贵金属助催化剂和牺牲剂。高昂的成本将阻碍CN在这些领域的实际应用。(2)CN对阳光的利用率仍然很低，太阳能制氢(STH)效率仍远未达到大规模工业应用所需的10%。(3)H₂O₂生成机理更为复杂。如何促进高收率、高选择性生产H₂O₂仍是一个难题。(4)改性后的CN体系可以提高光催化性能，但需要考虑其稳定性问题。

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