魅力光催化剂

尹双凤，区泽堂，李华明

1 湖南大学化学化工学院，化学/生物传感与化学计量学国家重点实验室，化石能源低碳化高效利用湖南省重点实验室，长沙 410082

2 福州大学石油化工学院，福州 350116

3 江苏大学化学化工学院，能源研究院，江苏 镇江 212013

光催化技术将绿色丰富的太阳能转化为便于直接利用的化学能，被认为是解决能源短缺与环境污染问题最有潜力的绿色手段之一。光催化剂在光照下产生具有氧化还原能力的空穴和电子，驱动化学键的断裂与生成，在污染物降解、水分解产氢、二氧化碳还原等领域具有潜在应用，受到了全球研究者的广泛关注。本专辑中收集了我国部分科学家在相关领域的研究成果，将展示SiC、In2O3、C3N4、CdS等多种光催化剂的合成、改性、结构表征、性质研究及在能源转化方面的最新研究进展。

光催化水分解制氢气是光催化领域的研究热点之一。杨贵东等1采用化学还原辅助水热法制备了新型SiC/Pt/CdS Z型异质结纳米棒，最大析氢速率可达122.3 μmol·h-1。施伟东等2通过自组装制备了用于水分解产氢的三维纳米结构In2O3光催化剂，探究了催化剂自组装程度对催化剂内部的光反射及气体溢出的影响。苏宝连等3用巯基乙酸修饰的纳米晶和P(St-MMA-SPMAP)高分子小球共组装，构筑了CdS反蛋白石结构用于可见光光解水产氢，并研究了该催化剂结构对光子传播和水分子吸附活化的影响。

水分解由生成氢气的还原半反应和生成氧气的氧化半反应组成。尹双凤等4聚焦于光催化过程中的三个步骤—光吸收、载流子分离、表面反应，总结了光催化水分解制氢过程中的催化剂改性策略。对于水分解的氧化半反应，丁勇等5对近年来立方烷分子催化剂在光催化水氧化中的研究进展进行了回顾，介绍了多金属氧酸盐立方烷水氧化催化剂，以及半导体复合立方烷分子催化剂用于水氧化体系的最新研究进展。邹吉军等6综述了助催化剂在光催化反应中的重要作用以及目前常用的助催化剂类型，说明了在光催化全解水过程中双助催化剂体系的构建及作用机理，并提出了新型助催化剂的设计策略。

在污染物降解方面，李华明等7将Cu2+掺入g-C3N4结构中制备了Cu/g-C3N4光催化剂，发现在光催化降解RhB和CIP的实验中，Cu/g-C3N4光催化剂的降解能力显著高于纯相的g-C3N4，并对其光催化活性提升的可能原因进行了一系列探究。

在二氧化碳还原反应方面，王其召等8使用棒状PCN-222(Cu)/TiO2复合材料作为光催化剂，还原二氧化碳获得CO和CH4的产率分别为13.24和1.73 μmol·g-1·h-1，该研究为金属有机骨架和氧化物半导体复合材料光催化体系提供了新的策略。尹双凤等 综述了光电催化二氧化碳还原反应的基本强化策略，并对未来可能的研究方向进行了展望。

甲烷催化转化为高附加值产物，具有重要的研究意义及工业应用价值。卞振峰等10围绕甲烷氧化和偶联反应，总结了近年来光催化研究进展，并指出光/光电/热催化的结合有望推动光催化在能源和环境领域中做出重要贡献。

近几年，石墨相氮化碳(g-C3N4)因其原料来源广泛、无毒、稳定以及具备可见光响应等特点，在光催化领域获得了广泛的重视。沈少华等11从材料合成与改性角度，回顾了非金属掺杂改善g-C3N4光催化活性的进展，从光催化的本质探究了新型g-C3N4光催化剂的开发，并对g-C3N4光催化剂的后续研究进行了展望。

光催化技术可以有效利用太阳能这种地球上最丰富的能源来驱动多种不同的催化反应，但受吸光效率低、电子传输和反应过程不明确等限制，性能仍有很大的提升空间。光催化剂的可控制备、性能优化、系统表征方法等仍然需要不断去探索。在未来，光催化技术在一系列应用，诸如水分解、二氧化碳还原、有机污染物降解和有机合成等，都有广阔的发展前景。