魅力光催化劑

尹雙鳳，區澤堂，李華明

1 湖南大學化學化工學院，化學/生物傳感與化學計量學國家重點實驗室，化石能源低碳化高效利用湖南省重點實驗室，長沙 410082

2 福州大學石油化工學院，福州 350116

3 江蘇大學化學化工學院，能源研究院，江蘇 鎮江 212013

光催化技術將綠色豐富的太陽能轉化為便于直接利用的化學能，被認為是解決能源短缺與環境污染問題最有潛力的綠色手段之一。光催化劑在光照下產生具有氧化還原能力的空穴和電子，驅動化學鍵的斷裂與生成，在污染物降解、水分解產氫、二氧化碳還原等領域具有潛在應用，受到了全球研究者的廣泛關注。本專輯中收集了我國部分科學家在相關領域的研究成果，將展示SiC、In2O3、C3N4、CdS等多種光催化劑的合成、改性、結構表征、性質研究及在能源轉化方面的最新研究進展。

光催化水分解制氫氣是光催化領域的研究熱點之一。楊貴東等1采用化學還原輔助水熱法制備了新型SiC/Pt/CdS Z型異質結納米棒，最大析氫速率可達122.3 μmol·h-1。施偉東等2通過自組裝制備了用于水分解產氫的三維納米結構In2O3光催化劑，探究了催化劑自組裝程度對催化劑內部的光反射及氣體溢出的影響。蘇寶連等3用巰基乙酸修飾的納米晶和P(St-MMA-SPMAP)高分子小球共組裝，構筑了CdS反蛋白石結構用于可見光光解水產氫，并研究了該催化劑結構對光子傳播和水分子吸附活化的影響。

水分解由生成氫氣的還原半反應和生成氧氣的氧化半反應組成。尹雙鳳等4聚焦于光催化過程中的三個步驟—光吸收、載流子分離、表面反應，總結了光催化水分解制氫過程中的催化劑改性策略。對于水分解的氧化半反應，丁勇等5對近年來立方烷分子催化劑在光催化水氧化中的研究進展進行了回顧，介紹了多金屬氧酸鹽立方烷水氧化催化劑，以及半導體復合立方烷分子催化劑用于水氧化體系的最新研究進展。鄒吉軍等6綜述了助催化劑在光催化反應中的重要作用以及目前常用的助催化劑類型，說明了在光催化全解水過程中雙助催化劑體系的構建及作用機理，并提出了新型助催化劑的設計策略。

在污染物降解方面，李華明等7將Cu2+摻入g-C3N4結構中制備了Cu/g-C3N4光催化劑，發現在光催化降解RhB和CIP的實驗中，Cu/g-C3N4光催化劑的降解能力顯著高于純相的g-C3N4，并對其光催化活性提升的可能原因進行了一系列探究。

在二氧化碳還原反應方面，王其召等8使用棒狀PCN-222(Cu)/TiO2復合材料作為光催化劑，還原二氧化碳獲得CO和CH4的產率分別為13.24和1.73 μmol·g-1·h-1，該研究為金屬有機骨架和氧化物半導體復合材料光催化體系提供了新的策略。尹雙鳳等 綜述了光電催化二氧化碳還原反應的基本強化策略，并對未來可能的研究方向進行了展望。

甲烷催化轉化為高附加值產物，具有重要的研究意義及工業應用價值。卞振峰等10圍繞甲烷氧化和偶聯反應，總結了近年來光催化研究進展，并指出光/光電/熱催化的結合有望推動光催化在能源和環境領域中做出重要貢獻。

近幾年，石墨相氮化碳(g-C3N4)因其原料來源廣泛、無毒、穩定以及具備可見光響應等特點，在光催化領域獲得了廣泛的重視。沈少華等11從材料合成與改性角度，回顧了非金屬摻雜改善g-C3N4光催化活性的進展，從光催化的本質探究了新型g-C3N4光催化劑的開發，并對g-C3N4光催化劑的后續研究進行了展望。

光催化技術可以有效利用太陽能這種地球上最豐富的能源來驅動多種不同的催化反應，但受吸光效率低、電子傳輸和反應過程不明確等限制，性能仍有很大的提升空間。光催化劑的可控制備、性能優化、系統表征方法等仍然需要不斷去探索。在未來，光催化技術在一系列應用，諸如水分解、二氧化碳還原、有機污染物降解和有機合成等，都有廣闊的發展前景。