主讲嘉宾

　　王志坚，中国科学院山西煤炭化学研究所副研究员，硕士生导师，山西省优秀青年基金获得者。2006年毕业于河北师范大学，2011年获得中国科学院山西煤炭化学研究所博士学位并留所工作，2017年到2018年在新加坡南洋理工大学做访问学者。他主要从事纳米碳材料和半导体纳米结构的组装、修饰及其在电催化和光催化方面应用的研究工作，在诸多国际重要刊物发表论文30余篇，授权专利2项，主持国家自然科学基金2项，省自然科学基金2项以及国家、省部级重点实验室开放课题3项。

　　8 核心提示

　　光催化降解

　　光催化降解就是利用辐射、光催化剂在反应体系中产生的活性极强的自由基，再通过自由基与有机污染物之间的加合、取代、电子转移等过程将污染物全部降解为无机物的过程。发挥性有机物光催化降解过程主要包括传质过程和光催化反应过程。20世纪八十年代后期，随着我国对环境污染控制的日益重视，科研工作者们将半导体光催化技术应用在难降解污染物的治理研究中，取得了显著成果，如对卤代脂肪烃、卤代芳烃、多环芳烃、酚类、杂环化合物、染料、表面活性剂等的光催化降解，最终生成无机物小分子，从而达到污染物无害化处理的要求，消除其对环境的污染及对人体健康的危害。此后，各国科学家纷纷对以二氧化钛为代表的半导体光催化材料在抗菌、除臭、分解废水中有机污染物、抗生素、处理含重金属离子废水、空气净化等方面的应用进行了广泛研究。光催化技术用于环境中污染物的去除具有下列优势：以太阳光作为能源来源，可以直接在太阳光照射下进行反应；不需要加热、加压等条件，反应条件温和；能够将有机污染物完全矿化，避免产生二次污染；成本比其他高级氧化技术低。

　　9 核心提示

　　光催化合成化学品

　　（一）

　　基于光驱动的催化技术具有环境友好，能降低的诸多优势，在清洁能源、环境治理、合成化学等领域中具有重要意义。近年来，开发高效、高选择性光催化剂实现可见光驱动合成高附加值化学品是光催化技术研究的热点之一。传统的有机合成不仅步骤繁琐，而且所使用的氧化剂通常是一些具有毒性或者腐蚀性的强氧化剂，还原剂则大多采用氢气和一氧化碳等气体，并且这些氧化还原剂的用量需满足化学计量比，一些反应还需要在高温高压下才能进行。

　　10 核心提示

　　光催化合成化学品

　　（二）

　　光催化选择性氧化还原反应体系通常在简单温和的条件下即可发挥作用,避免了在传统有机合成中所使用的复杂步骤和苛刻条件,可以很好地解决由此带来的环境和能源问题,为有机合成提供了一种新的方法和途径,同时还将绿色化学这一理念植入其中。

　　在光催化选择性氧化反应中,氧气这种容易获得的环境友好型氧化剂取代了传统的强腐蚀性氧化剂, 是一种绿色的选择性氧化方法。光催化选择性还原反应可以使用目前大气中过量的温室效应气体二氧化碳作为反应起始物,既为解决环境问题提供了新的途径,又可以将二氧化碳还原成有用的有机化合物,在一定程度上满足了合成及工业上所要达到的目标。

　　当前，在光催化合成化学品的研发中心，还提出了液态阳光理念，其中以二氧化碳和水的循环作为能量的载体，将二氧化碳进行转化与存储，并运输分配和用户使用，然后再将使用后的二氧化碳循环利用，其中驱动这一循环的驱动力是太阳能，通过光催化、光电催化将太阳能转化为太阳能燃料或者通过太阳能电池将太阳能转化为电能，再进行转化为太阳能燃料。太阳能驱动主要参与了这些红色的过程，其中一个重要的物质是氢气。

　　11 核心提示

　　光伏发电

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　　电催化耦合

　　太阳能发电的季节性、间歇性等因素造成其并网会对电网产生巨大挑战。太阳能资源直接影响光伏电站运营状况，而太阳能资源受昼夜时长、太阳高度、气候状况等自然条件的影响较大，所以并网后给电网安全运行带来极大挑战。目前，政府及科研院所合作，已经将大部分已建和正在建设的光伏发电、水电和风电用于太阳燃料生产，提高新能源发电的综合效益。一些小规模可再生能源发电不必上网外输，可建立局域电网，就地消纳，提供太阳燃料生产，以解决可再生能源长期储存问题。自2001年起，中国科学院院士、中国科学院大连化学物理研究所研究员李灿带领的科研团队致力于人工光合成太阳燃料研究，在太阳能光催化、光电催化和电催化分解水制氢，以及二氧化碳加氢制甲醇等方面取得了进展，研发了一系列具有自主知识产权的相关专利技术。2018年7月，该团队在兰州新区成功启动千吨级液态太阳燃料生产示范工程，标志着我国真正意义上开始了大规模液态太阳燃料生产过程的实践。

　　新型催化方法的研究有助于实现二氧化碳和甲烷等小分子资源的高效利用，从而优化目前的碳循环工艺。二氧化碳和甲烷分子具有较高的键能。在温和条件下的电催化已被认为是转化二氧化碳的有潜力的替代途径。然而，电催化转化过程仍然存在选择性差、反应速率地和能量转换效率不足的问题。活化二氧化碳的主要挑战是它们的分子反应性极低，通常需要高过电位或高温用于初始键解离。当光场被引入到传统的电催化时，特定电催化剂的电子特性容易被干扰，如电子转移、能带弯曲、费米能级和中间体的解吸能等，所有这些因素都将明显改变内在的催化途径和性能。与单一的电催化相比，光耦合电催化展示储在低过电位下高效活化小分子的巨大潜力。开发光耦合电催化剂对于小分子如二氧化碳的活化与转化可发挥重要作用。但是这类催化剂的杂化结构一般合成困难、稳定性差，需要进行精确设计。