- 文献综述（或调研报告）：
随着工业的不断发展，人类对能源的需求越来越大，随之而来的是化石能源的消耗越来越大，CO2的排放量与日俱增。而CO2是温室效应的主要原因之一，同时，对化石能源的过度依赖使能源短缺的问题愈发突出。CO2作为碳一化学的重要成员，其资源化再生利用已成为研究者们关注的焦点，在解决环境和能源问题两方面都具有重要的意义[1-2]。如何减少大气中CO2的浓度，是解决环境和能源问题的关键，有很多种途径用来降低大气中CO2浓度。其中，更为普遍的是CO2的捕集、运输和埋存三个环节的系统技术。但是由于该技术需要另加的能量损耗，还有其安全性以及对生态的破坏等因素，造成其不能得到很广泛的应用[3-4]。最近，许多有关于CO2的转化和利用技术也备受科学家们的关注[5]。例如，已经开发了诸如热化学转化，光电化学转化和光催化转化的各种CO2转化策略来化学还原CO2。
CO2的光催化还原被认为是通过将CO2转化为高附加值产物（如CO，CH4，CH3OH和HCOOH），有效解决能源危机的最有前途的技术。与其他方法相比，将CO2光催化还原成碳氢化合物燃料是实现传统化石燃料可持续替代品的一项前景广阔的途径，具有以下优点：（1）可在室温和常压等相对温和的条件下进行；（2）该过程使用大量的CO2作为碳源，由无穷无尽的清洁太阳能驱动；（3）CO2的光还原可以直接产生CH4，CH3OH，C2H6等烃类燃料，可以缓解日益紧张的能源危机；（4）实现这项技术将使化学工业中的CO2替代化石燃料成为可能。因此，将CO2光催化还原成烃类燃料具有一举两得的作用，能同时解决能源和环境两大问题[6]。
半导体由于其具有的能带间隙，使得它们成为利用光的非常有潜力的材料。当半导体吸收等于或大于禁带宽度的光子能量时，电子从价带激发到导带，从而在价带上留下空穴，这意味着在光照半导体上，电子空穴载流子密度是大于平衡状态下的密度的。载流子一旦空间分离，就能够转移到光催化剂表面，最终转移到吸附的受体分子上来进行相应的氧化还原反应[7]。
石墨相氮化碳（g-C3N4），作为一种有前景的可见光响应的光催化剂，由于其具有中等带隙（asymp;2.7 eV）、适当的电子能带结构、无毒性、低成本以及良好的稳定性等优点，而受到全世界的关注[8-12]。自从2009年Wang等人[13]首次报道g-C3N4光催化产生H2以来，致力于提高g-C3N4基催化剂的光催化性能的研究，已成为光催化研究的前沿方向。大块的g-C3N4粉末可以通过低成本含氮有机前体的热缩聚来制备，例如尿素、硫脲、三聚氰胺、氨腈、双氰胺和盐酸胍等[14-17]。通过该方法制备的g-C3N4具有几个缺点，包括低比表面积、可见光利用不足，特别是光生电荷载体的快速复合[18-19]。因此，探索有效的g-C3N4基光催化剂，使其具有更好的光生电子-空穴对的分离效率，已成为一个重要的研究方向。
为了提高g-C3N4的光催化效率，已经研究了许多方法，例如金属掺杂、非金属掺杂和结构设计。在各种方法中，金属掺杂，如Fe[20]、K[21]、Cu[22]、Zn[23]和Mo[24]，是提高其光催化性能的最有效方法之一，因为其能够使带隙变窄并且降低光生电子和空穴的复合率。叶绿素在阳光下表现出光催化活性，而叶绿素的核心为Mg2 ，掺杂的Mg对CO2的吸附有望成为提高g-C3N4光催化性能的有效途径。据Kohno等人[25]报道，通过使用H2作为还原剂，MgO是能够将CO2转化为CO的有效催化剂。Li等人[26]证明了MgO/TiO2纳米管薄膜因其强大的CO2吸附能力，在将CO2转化为甲烷的过程中表现出优异的光还原效率。
基于理论基础，本课题选用g-C3N4基催化剂进行光催化性能的研究，但单独的g-C3N4催化活性较低，在经过金属Mg的修饰后，可以降低电子-空穴的复合率，从而提高光催化反应活性。
参考文献
[1] Ahmed N , Morikawa M , Izumi Y . Photocatalytic conversion of carbon dioxide into methanol using optimized layered double hydroxide catalysts[J]. Catalysis Today, 2012, 185(1):263-269.
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