因此，能耗低的CO2转化技术开发具有重要的战略意义。近年来，利用可再生太阳能资源光催化还原CO2技术已经收到越来越高的重视。此技术即利用了无碳排放且可再生的太阳能资源，又可以将工厂和汽车等排放的CO2收集并还原为新燃料加以利用。半导体光催化材料在太阳光的激发下产生光生载流子（电子-空穴），分别诱发还原-氧化将CO2和H2O合成碳氢燃料。与传统的热还原方法相比，该过程可以在常温常压下进行，H、O元素可从水中得到，直接利用太阳能而不需耗费额外的能量，真正的实现碳循环的充分利用。目前CO2光催化还原技术已经得到可行性的研究，其关键仍在于寻找和开发高催化活性和高稳定性的光催化剂。

无污染的半导体光催化技术的研究随之也成为了重点[3]，光催化剂是光催化的关键部分。纳米 ZnO 作为一种重要的催化剂，因其具有较高的光催化活性、 无毒、 比较低的介电常数、强的紫外与红外吸收以及光电化学稳定性等使其称为利用光能催化降解污染物的研究热点，但是ZnO 的带隙能较宽，对于光的吸收仅局限于紫外区并且对电子-空穴对的复合率极高，这就大大限制了其应用。因此，想要提高光催化性能就要抑制光生电子-空穴的复合，同时，使之在可见光区和紫外光区都表现出好的光电响应，需对催化剂进行改性处理。目前已有多种手段对其进行改造，其中包括燃料光敏化[4]、半导体复合[5]、离子掺杂等[6][7]。文献综述

1.2 研究进展 光催化还原CO2的反应机理示意图

如图1所示，光催化还原的整个过程涉及到五个过程：

（1）光子照射到光催化剂的表面，既催化剂需要较大的比表面积与辐射的太阳光接触，这是发生后续光催化反应的首要条件。

（2）价带(VB)上的电子吸收等于或高于禁带宽度能量的光子后，跃迁至高能态的导带(CB)上，分别在价带和导带上形成空穴-电子（统称载流子）。

（3）绝大部分的空穴-电子会重新结合，产生的能量会以热能或光子的形式驱散出去。

（4）与此同时，激发产生的部分空穴和电子转移到半导体材料的表面或者分别进一步通过界面到达助剂，形成对应的氧化和还原活性中心。

（5）快速转移半导体表面或中心的电子/空穴分别与表面的CO2和H2O生成碳氢化合物和氧气、H+。根据还原的电动势和接受的电子的数目不同，CO2和氢离子以及电子作用生成CO以及甲醛、甲酸、甲醇和甲烷等碳氢化合物。具体的反应过程如下：

2H+ + 2e-→H2

H2O →0.5O2 + 2H+ + 2e-

CO2 + e-→CO2-

CO2 + H++ 2e-→HCOO+

CO2 + 2H+ + 2e-→CO + H2O

CO2 + 4H+ + 4e-→HCHO + H2O

CO2 + 6H+ + 6e-→CH3OH + H2O

CO2 + 8H+ + 8e-→CH4+ 2H2O

光催化反应的主要影响因素来源与光源，因此，选择有效和经济的来源对工业催化反应是一个巨大的帮助。用反应所需的能量200-400nm的波长的紫外线是许多物质的能量吸收，所以紫外光比可见光的光化作用较强，且化学作用非常的显著。太阳能是清洁和经济的能量，在太阳辐射到达地面的幅射波中，紫外光能量200-400nm的可与光化学反应中使用的波长范围内，但是在太阳能光的能谱中这种可利用的光仅仅占太阳全部能量的3%-5%，因此，怎样高效率的利用太阳能成为光催化反应的光源成为光催化技术研究的重点课题之一。

1.3 ZnO的晶体结构源:自*优尔~·论,文'网·www.youerw.com/

ZnO 是一种禁带宽度为3.37e V、直接带隙Ⅱ-Ⅵ族半导体材料。ZnO晶体属于六方晶系纤锌矿结构，空间群为 P63mc,密度为 5.67g/cm3+晶格常数为a=3.249 nm，c=5.206 nm。