2.3. Photocatalytic Conversion of C

2.3. Photocatalytic Conversion of CO2 to Fuels
CO2, with a standard enthalpy of formation of −393.5 kJ·mol−1 at 298 K, is one of the most stable molecules. With appropriate adsorption and photocatalytic processes, reduction of CO2 in presence of water could be performed to produce hydrocarbons (Figure 5). Possible chemical reactions of adsorbed CO2 and protons are presented by the following equations (Equations (4)–(7)). It could be seen that different number of protons in the reactants, results in different hydrocarbons as products.
Among these reactions, the reaction with eight protons converting CO2 to methane is of significant interest. The photocatalytic reduction of CO2 in the presence of water is a complex reaction and the photocatalyst must possess enough band potential for proton generation: CO2 + 2H+ + 2e− → CO + H2O (4) CO2 + 6H+ + 6e− → CH3OH + H2O (5) CO2 + 8H+ + 8e− → CH4 + H2O (6) 2CO2 + 12H+ + 12e− → C2H5OH + H2O (7)
2.4. Photocatalytic Nitrogen Fixation
Like CO2 reduction, atmospheric nitrogen could be reduced to ammonia or nitrates by the photocatalytic processes. The mechanism of nitrogen reduction is similar to that of CO2, where chemically adsorbed nitrogen molecules react catalytically with protons and form compounds of nitrogen and hydrogen (Equations (8)–(10)): H2O (hv/TiO2) → 2H+ + 1/2O2 + 2e− (8) H+ + e− → H (9) N2 + H·→ N2H (10) The photocatalytic reduction of nitrogen is extremely useful in nitrogen photofixation processes for agricultural applications [35–37]. Although the process of photocatalytic nitrogen fixation is promising, efforts in this area have been severely limited. It is noted that the mechanism of the photocatalytic processes presented above is a simplified understanding, while the photocatalytic processes are complex in nature. It is known that a given chemical reaction has a specific photooxidation or photoreduction level (potential) and thus the band potentials of the photocatalyst must satisfy the thermodynamic conditions. Intrinsic properties such as band gap (optical absorption) and band edge potentials determine the thermodynamic feasibility of photoinduced reactions under light irradiation. Apart from the basic conditions, there are several factors which affect the photocatalytic performance of the material system under consideration. Properties such as electron and hole effective mass, exciton lifetime and diffusion length, exciton binding energy affect the electron-hole separation and transport within the lattice. These properties are known to strongly influence the performance (kinetics/efficiency) of the photocatalytic reactions. Defects in the lattice, defect-induced energy states, localization of electrons on specific defect sites could determine the fate of the photoexited electron-hole pair. Finally, the electron transfer across semiconductor-electrolyte interface is significantly affected by surface states, surface band structure (depletion region induced electric field), and band bending. Such electronic properties of materials could be altered to suit specific photocatalytic applications. To date, numerous material systems have been evolved through systematic efforts of understanding and improving the electronic properties of materials. Among these materials perovskites have shown excellent promise for efficient photocatalysis under visible light irradiation, on account of their unique crystal structure and electronic properties. The perovskite crystal structure offers an excellent framework to tune the band gap values to enable visible light absorption and band edge potentials to suit the needs of specific photocatalytic reactions. Further, lattice distortion in perovskite compounds strongly influences the separation of photogenerated charge carriers. The following sections present some groups of materials that have shown visible light activity

Kết quả (Việt) 1:

2.3. Photocatalytic cải biến CO2 thành nhiên liệu CO2, với tiêu chuẩn enthalpy của sự hình thành của −393.5 kJ·mol−1 ở 298 K, là một trong các phân tử ổn định nhất. Với hấp phụ thích hợp và các quá trình photocatalytic, giảm lượng CO2 trong sự hiện diện của nước có thể được thực hiện để sản xuất hydrocarbon (hình 5). Có thể phản ứng hóa học của adsorbed CO2 và proton được trình bày bởi các phương trình sau (phương trình (4)–(7)). Nó có thể được nhìn thấy khác nhau số proton trong các chất phản ứng, kết quả trong hydrocarbon khác nhau như các sản phẩm. Trong số những phản ứng này, phản ứng với tám proton chuyển đổi các khí CO 2 để metan là quan tâm đáng kể. Photocatalytic giảm CO2 sự hiện diện của nước là một phản ứng phức tạp và photocatalyst phải có ban nhạc đủ tiềm năng cho các thế hệ proton: CO2 + 2 H + + 2e− → CO + H2O CO2 (4) + 6 H + + 6e− → CH3OH + H2O CO2 (5) + 8 H + + 8e− → CH4 + H2O (6) 2CO2 + 12 H + + 12e− → C2H5OH + H2O (7)2.4. Photocatalytic sự cố định nitơ Giống như CO2 giảm, nitrogen khí quyển có thể được giảm đến amoniac hoặc nitrat bằng quá trình photocatalytic. Cơ chế của nitơ giảm cũng tương tự như CO2, nơi mà các phân tử hóa học adsorbed nitơ phản ứng catalytically với proton và tạo thành các hợp chất của nitơ và hydro (phương trình (8)–(10)): H2O (hv/TiO2) → 2 H + + 1/2O2 + 2e− (8) H + + e− → H (9) N2 + H·→ N2H (10) giảm photocatalytic nitơ là cực kỳ hữu ích trong quá trình nitơ photofixation cho các ứng dụng nông nghiệp [35 – 37]. Mặc dù quá trình cố định nitơ photocatalytic là đầy hứa hẹn, những nỗ lực trong lĩnh vực này đã bị hạn chế. Chúng tôi lưu ý rằng cơ chế của quá trình photocatalytic trình bày ở trên là một đơn giản hóa sự hiểu biết, trong khi quy trình photocatalytic là phức tạp trong tự nhiên. Nó được biết rằng phản ứng hóa học nhất định có một photooxidation cụ thể hoặc photoreduction cấp (tiềm năng), và do đó có tiềm năng ban nhạc của photocatalyst phải đáp ứng các điều kiện nhiệt. Các tính chất nội tại như ban nhạc khoảng cách (hấp thụ quang học) và ban nhạc cạnh tiềm năng xác định khả năng nhiệt của phản ứng photoinduced dưới ánh sáng chiếu xạ. Ngoài các điều kiện cơ bản, có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất photocatalytic của hệ thống tài liệu đang được xem xét. Tài sản như điện tử và lỗ có hiệu quả hàng loạt, exciton đời và phổ biến chiều dài, exciton ràng buộc năng lượng ảnh hưởng đến điện tử lỗ tách và vận chuyển trong mạng. Những thuộc tính này được biết là rất ảnh hưởng đến hiệu suất (kinetics/hiệu quả) phản ứng photocatalytic. Khuyết tật trong lưới, khiếm khuyết gây ra năng lượng Kỳ, nội địa hóa của electron trên các trang web cụ thể khiếm khuyết có thể xác định số phận của cặp electron-lỗ photoexited. Cuối cùng, việc chuyển giao điện tử bán dẫn-điện giao đáng kể bị ảnh hưởng bởi bề mặt kỳ, bề mặt băng cấu trúc (lĩnh vực điện khu vực gây ra sự suy giảm), và ban nhạc uốn. Các tính chất điện tử của vật liệu có thể được thay đổi để phù hợp với các ứng dụng cụ thể photocatalytic. Đến nay, nhiều hệ thống tài liệu đã được phát triển thông qua hệ thống nỗ lực tìm hiểu và cải thiện các tính chất điện tử của vật liệu. Trong số các tài liệu perovskites có hiển thị các lời hứa tuyệt vời cho các photocatalysis hiệu quả dưới bức xạ ánh sáng nhìn thấy được, dựa vào cấu trúc tinh thể duy nhất và các tính chất điện tử của họ. Cấu trúc tinh thể Perovskit cung cấp một khuôn khổ tuyệt vời để điều chỉnh các giá trị gap ban nhạc để có thể nhìn thấy ánh sáng hấp thụ và ban nhạc cạnh tiềm năng cho phù hợp với nhu cầu của các phản ứng cụ thể photocatalytic. Hơn nữa, lưới biến dạng trong các hợp chất Perovskit mạnh mẽ ảnh hưởng đến sự chia tách của tàu sân bay phí photogenerated. Phần sau đây trình bày một số nhóm vật liệu đã cho thấy hoạt động có thể nhìn thấy ánh sáng