摘要：CO2 光催化还原是目前二氧化碳捕获研究领域的前沿热点，本文简要的介绍了国内外含铁元素及铁基的光催化剂，并具体介绍了纳米四氧化三铁颗粒（Magnetic Iron Oxide Nanoparticles, MIONPs）的合成方法以及功能化。
关键词：CO2还原，光催化，铁基，纳米四氧化三铁颗粒（MIONPs）
一、设计目的和意义
随着全球气候变暖，温室效应日趋严峻，环境恶化等问题严重影响了人们的生活质量，绿色化学的概念随之兴起。绿色化学的范围很广，包括消除有害物质、生产环境友好的产品、也可以是生产过程的绿色化等。因此，人们逐渐将目光转向了温室效应的元凶——CO2。近年来，CO2作为一种丰富、廉价、可再生且无毒的C资源受到了广泛的关注，人们越来越认识到CO2的价值性，许多研究小组对CO2应用倾注了浓厚的兴趣；因此CO2有机合成已经发展成为一个广泛应用于化学、药学、生命科学和农学等学科领域的重要研究方向，同时也成为一个具有重大理论意义和应用前景的前沿技术。CO2是最主要的温室气体，活化利用CO2不仅可以控制温室气体的排放，减少环境污染，而且可以利用廉价而且丰富的C资源合成重要的化工产品。但由于CO2稳定热力学性质，如何活化CO2并捕集成为了研究利用的难点。而在经济快速发展，资源短缺的今天，如何高效利用CO2，将CO2转化成有价值的化合物，将温室效应的元凶变成绿色化学的资源，成为了许多学者研究的焦点。
通过化学法转化利用CO2时，通常需要活化CO2，主要的方法有化学催化法、生物活化法、微波活化法、电化学还原法和等离子体活化法等。生物活化法是利用植物光合作用来完成的，但其效率和吸收量远远无法满足现代工业生产的需要。微波法效率不高。电化学法反应体系简单，实验条件要求低，但是对电能的消耗量大，不够节能。使用的最广泛的是化学催化法，由于二氧化碳具有较高的化学转化能垒，化学性质较为稳定，其转化方法主要是将底物和二氧化碳在催化剂的作用下，通过有机反应转化为有附加值的化学品。在二氧化碳的化学转化中，起到至关重要作用的是催化剂，但是大部分的反应中CO2需在高温高压下活化催化，而在高温高压下能高效工作的催化剂却不多。而光催化CO2还原反应可以直接利用洁净、无价、永恒的太阳能, 其体系简便易控，因此正成为人们研究的一个重要方向。为提高CO2还原反应的转化效率,人们一直致力于寻找高催化活性和高选择性的光催化剂。
二、国内外研究综述
Sharma等［1］采用附着K4[Fe(CN)6]的TiO2粉末在水介质中光催化还原CO2，得到酸和甲醛。随着K4[Fe(CN)6]的含量增加，甲酸和甲醛的产率随之先增加，达到最大值后又下降。其原因是K4[Fe(CN)6]的浓度增加时，更多的K4[Fe(CN)6]被激发发生能量迁移，相应产生更多电子，使CO2还原生成甲酸和甲醛。达到最佳值后，K4[Fe(CN)6]的含量再增加就会形成多层K4[Fe(CN)6]附着在TiO2上，从而阻止了进一步的催化。
具有层结构的铁氧化物、铌氧化物及含有两种或两种以上金属离子的混合氧化物等半导体都具有较窄的禁带宽度，因此具有很好的光吸收与激发特性，且这类氧化物无毒、廉价，因而也是光催化剂的候选材料。在光催化CO2还原反应时，它必须满足两个条件:一是导带底高于H2CO3(溶解的CO2)/CH3OH的氧化还原电位;二是价带顶必须低于O2/H2O的氧化还原电位。而特定的氧化物组合则可以满足上述条件。
具有层状结构的(Bi,Pb)2Sr2BiFe2O9 Y满足上述的两个条件,它可以作为光催化剂催化CO2还原生成甲醇,其光催化活性随着Pb量的增多而提高[2]。
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