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第 6 期 谈 恒，等: CuO/TiO 2 纳米纤维可见光催化 CO 2 合成甲醇 ·1215·


+
2
CO +8H +6e  CH OH+2H O E=0.209 V（反应 5）
3
2
3
在模拟可见光照射还原 CO 2 的光催化反应中，
图 9a 为 4 种催化剂的催化性能。P25 为催化剂，在
反应 5 h 时，甲醇产率为 211 μmol/g-cat，转换频率
–1
为 0.0034 h 。TiO 2 纳米纤维催化效果较 P25 提高了
–1
71.3%，达 356 μmol/g-cat，转换频率为 0.014 h ，
较 P25 提高了 312%；CuO/P25 催化剂光催化合成甲 图 10 CuO/TiO 2 纳米纤维反应前（a）和 5 次循环实验后
SEM 图（b）
醇产量为 676 μmol/g-cat，较 P25 提高了 220%，转 Fig. 10 SEM images of CuO/TiO 2 nanofibers (a) before
–1
换频率提高到 0.011 h 。CuO/TiO 2 纳米纤维催化产 reaction and (b) after 5 catalytic cycles
量为 1791 μmol/g-cat，较 P25 提高了 749%，较
–1
CuO/P25 提高了 165%，转换频率提高到 0.071 h 。 3 结论
在光照合成甲醇实验中，为了说明半导体催化剂的 以 P123 和 CTAB为双模板剂制备了孔道无规则
促进作用，本文还进行了两个空白实验。催化剂在 分布的介孔 SiO 2 球，以介孔 SiO 2 球为模板,采用气
黑暗条件下不能催化 CO 2 和水反应，同时，在没有 相生长法在 SiO 2 球表面生长了直径只有 8~10 nm、
催化剂的情况下，光照射水和 CO 2 也没有发现任何 分散性好的 TiO 2 纳米纤维，500 ℃焙烧，得到高结

产物。为了验证 CuO/TiO 2 纤维在可见光催化 CO 2 晶度的锐钛矿晶相。一维的 TiO 2 较锐钛矿 TiO 2 颗粒
还原反应中的稳定性，图 9b 为催化剂 CuO/TiO 2 纤 和 P25 具有更低的荧光强度，电子-空穴对更加稳定。
维在氙灯照射下进行了 5 次光催化循环的实验图。 通过浸渍 CuCl 2 ，再经过还原和氧化，在 TiO 2 表面
负载了 CuO，XPS 表征表明 CuO 与 TiO 2 产生了强
催化剂仍保持较良好的催化性能，图 10 为 CuO/TiO 2
纤维循环 5 次光催化实验前后电镜图。可以观察到， 的相互作用，提高了 TiO 2 纳米纤维催化剂对可见
催化剂形貌基本保持不变，但也发现在搅拌条件下 光的吸收，进一步降低了光生电子-空穴的复合率，
有少量的纤维会断裂。 光催化合成甲醇的产率较 P25 提高了 749%，转换
–1
频率提高到 0.071 h 。为进一步改善催化剂的性
能，后续拟考虑制备介孔 CuO 球代替无催化性能
的 SiO 2 球，以介孔 CuO 球为模板，采用气相生长
法在 CuO 球表面生长 TiO 2 纳米纤维，形成核壳结
构的 p-n 异质结，进一步改善催化剂在光催化合成
甲醇中的产量。

参考文献：
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Fig. 9 Photocatalytic reduction of CO 2 to methanol over [6] Truong Q D, Le T H, Liu J Y, et al. Synthesis of TiO 2, nanoparticles
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