本研究聚焦於分子/金屬氧化物界面的光催化效率，以 CH3O−/TiO2 系統為模型，通過非絕熱分子動力學模擬揭示了光激發後電荷載流子動態過程。結果顯示，盡管在靜態條件下 CH3O−的 HOMO 與 TiO2 的 VBM 存在 0.55 eV 的不利偏移，但熱波動會動態調製吸附物 - 基底雜化，實現光生空穴的瞬時捕獲。當捕獲空穴通過形成 CH3O• 自由基穩定時，反向傳輸時間尺度從亞 10 飛秒延長至亞 10 皮秒，延長了 3 個數量級，這種自由基狀態提高了陷阱態能量，抑製了反向傳輸，延長了載流子壽命，還降低了 C−H 解離勢壘，驅動光分解。此外，研究還發現初始電荷捕獲需要預捕獲能量匹配，而捕獲後通過化學中間體的穩定化創造了能量不對稱，有效抑製載流子耗散。

https://doi.org/10.1021/jacs.5c06155

本文通過構建一種新型的C,S,N摻雜TiO2/Bi12O17Cl2/碳點（C,S,N-TiO2/BC/CD）納米複合材料，實現了高效的光催化氮還原合成氨。該複合材料通過三元素摻雜、BC組合和CD嵌入，有效提升了光吸收能力、抑製了載流子複合並增強了氮氣活化性能。實驗結果顯示，在模擬太陽光下，C,S,N-TiO2/BC/CD納米複合材料在無犧牲劑條件下實現了高達27134 μmol L−1 g−1的氨生成率，比原始TiO2高出6.57倍，且在四次循環測試中展現出優異的穩定性。研究表明，這種性能提升主要歸因於其獨特的“台階式”異質結結構，該結構顯著延長了光生電荷的壽命並改善了電子和空穴的空間分離，從而增強了光催化氮固定反應的效率。這項研究不僅提供了一種新型的TiO2基光催化劑設計策略，也為實現可持續的氨合成技術提供了重要的科學依據。

https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5c00586

本研究將二氧化鈦（Ti₃C₂Tₓ）MXene材料以二維納米片（T2D）和零維量子點（T0D）形式與氧化銅（CuO）半導體結合，形成複合光催化劑，以提升光催化析氫效率。實驗發現，T0D/CuO複合材料的析氫速率達到2174（±189）μmol g⁻¹ h⁻¹，分別是T2D/CuO樣品和純CuO的19倍和100倍以上。T0D/CuO的卓越性能歸因於其較小的粒徑、增強的光吸收、較大的比表面積以及更深的工作函數，這些因素共同促進了電荷分離，從而提高了光催化反應效率。研究強調了Ti₃C₂Tₓ不同維度形式對複合材料光催化性能的顯著影響，並為開發高效光催化體系提供了新途徑。

https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.5c01244

本研究針對共價有機框架（COFs）在光催化整體水解製氫中因芳香碳高電子密度分布導緻的氧氣進化惰性問題，開發了一種通用策略。通過利用COFs連接體中不飽和碳的反應性構建磷酸鹽亞甲基極性位點（具正電磷和負電碳），在光激發下產生極化效應，增強光生激子解離，阻止輻射弛豫，加速光生電荷分離，並在磷位點誘導極低的氧進化能壘。結果表明，該磷酸鹽亞甲基 COF 在可見光照射下實現了24.7和12.0 µmol h⁻¹的H₂和O₂產率，比原始COF提高62倍。該策略還在其他幾種COFs中得到驗證，具有廣泛應用前景。為證明其實際效用，研究團隊製造了一個4平方米的戶外裝置，實現了每天超過300 mmol的氫氣產量，顯示出其在實際應用中的巨大潛力。

https://doi.org/10.1002/adma.202507668

本研究開發了一種一步自我犧牲模板策略合成三維有序大孔共價有機框架（3DOM-COFs），解決傳統COFs孔隙密集、連通性差導緻的質量傳輸和電荷分離/轉移受限問題。通過原位Tp-Tta COF結晶與聚苯乙烯模板同步降解，實現了模板分解與框架生長的動力學匹配，形成結構堅固、高度有序的大孔孔隙。3DOM結構使ZnCdS納米顆粒均勻分散，構建S型異質結，在苯甲胺氧化中表現出卓越性能，生成N-苄基苯甲亞胺的選擇性達99%，速率15.1 mmol g⁻¹ h⁻¹，同時產氫速率為17.8 mmol g⁻¹ h⁻¹。3DOM結構使質量傳輸比塊狀COFs快50倍，異質結促進定向電荷分離和界面電荷轉移，密度泛函理論計算證實其降低了反應勢能壁壘。該研究開創了模板同步合成新範式，解決了COFs孔隙工程的關鍵挑戰。

https://doi.org/10.1002/ange.202511080

本研究通過簡單的水熱法合成了球花狀 TiO₂/MoS₂-80 異質結光催化劑。這種結構通過增強可見光吸收、擴展活性位點、提高光生電荷分離和傳遞來提升光催化活性。實驗表明，TiO₂/MoS₂-80 在可見光下對羅丹明 B（RhB）的光催化降解效率達 90.1%（1.5 小時），動力學速率高達 2.48×10⁻² min⁻¹，分別是 MoS₂ 和 TiO₂ 的 8.3 和 4.5 倍。自由基捕獲實驗證實，光催化過程中的主要活性物種為空穴（h⁺）。

https://doi.org/10.1002/slct.202501046

本研究通過使用四種不同的磷前驅體（H₃PO₄、(NH₄)H₂PO₄、(NH₄)₂HPO₄ 和 (NH₄)₃PO₄）合成了鐵磷酸鹽（FeP）納米材料，並探究了其對光催化降解水溶液中鹽酸四環素（TCH）性能的影響。其中，以H₃PO₄合成的FeP-H3光催化劑在可見光下展現出卓越的光催化性能。當FeP-H3催化劑用量為120 mg/L、TCH初始濃度為15 mg/L、初始pH為10時，5小時內TCH降解效率達72%。FeP-H3具有高結晶度、高比表面積和低帶隙的FeP納米片，能快速捕獲光生電子並生成O2-自由基。其表面吸附的[PO₄]³⁻和[─OH]基團通過增強負電場，促進光生e⁻-h⁺對分離，提升羥基自由基生成。這些特性使FeP-H3在TCH降解中表現出優異的光催化性能。

https://doi.org/10.1002/slct.202501231

本研究開發了一種二維/二維氮化碳（g-C₃N₄）/氧化鎂鎢（MgWO₄）異質結光催化劑，用於高效光催化氮氣還原合成氨。通過簡單水熱法製備了不同負載比例的gCN/MWO催化劑，並利用多種技術對其結構、形貌和光學性質進行了分析。研究發現，含有20% MgWO₄的gCN/MWO催化劑表現出優異的氨產率（1236.83 μmol L⁻¹ h⁻¹），分別是純g-C₃N₄和MgWO₄的4倍和8.8倍。該催化劑在四次循環測試中未出現明顯活性損失，顯示出良好的穩定性和可重複使用性。其優異性能歸因於異質結形成後MgWO₄與g-C₃N₄之間的密切界面接觸，促進了光生載流子的轉移和分離。這是首次探索MgWO₄在光催化固氮中的應用。

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5c01465

本研究聚焦於一種具有高密度空位的二維單層 Bi2WO6，其在利用太陽能將 5 - 羥甲基糠醛（HMF）光催化選擇性氧化為 2,5 - 二甲醛呋喃（DFF）這一過程裏展現出了卓越性能。通過一系列詳細實驗發現，Bi2WO6 的光催化效率受納米片厚度及本身富空位特性影響顯著，這得益於二維材料的獨有屬性，即表面原子占比大、電荷分離速度快。與其他材料對比，該單層 Bi2WO6 催化效率驚人，標準條件下 3 小時內 HMF 轉化率高達 57.5%，DFF 選擇性達 93%，DFF 產率 2404 μmol·g−1·h−1。本研究不僅深化了人們對光催化材料中缺陷作用的認識，還突出了通過缺陷工程調控激子性質的潛力。

https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5c00530

本研究針對木質素解聚面臨的光吸收、電荷分離和利用難題，采用 II 型異質結 ZnIn₂S₄ 納米花 / TiO₂ 納米片（ZT），在太陽能照射下選擇性地斷裂 β-O-4 醚鍵的 Cβ–O 鍵，使木質素解聚的轉化率高達 98%，幾乎無中間產物，主要產物產率分別為 85% 和 67%。材料表征表明，異質結的構建拓展了催化劑光吸收範圍，形成強大內電場與高效 II 型電子傳輸路徑，顯著提升了電荷分離效率，對斷裂 Cβ–O 鍵至關重要，為光催化木質素增值轉化提供了新策略。

https://doi.org/10.1021/acs.iecr.5c00789

本研究針對單組分材料在光電器件及光催化應用中載流子分離效率低及帶隙可調性受限的問題，構建了由金簇（Aun，n = 4、10 和 20）負載於單層過渡金屬二硫化物（TMDs）的0D/2D範德華異質結（vdWHs）。其中Au20/MoS2異質結展現出Z型電荷轉移特性，有效促進電子-空穴分離並保持高氧化還原電位，顯著提升了光電化學性能。通過對比Z型Au20/MoS2與傳統II型Au20/WTe2異質結的形成機製及紫外-可見光吸收光譜，發現Au20的負載可使TMD單層光吸收能力分別提升33.62%和18.01%。本工作為高性能光電器件設計提供了新策略，同時證明調節範德華異質結類型可提高其在光電器件和光催化領域的應用效率。

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.5c02192

本篇文章主要研究了納米多孔矽（mp-Si）光催化劑在不同犧牲試劑下光催化和化學計量氫氣生成的情況。研究發現，三乙醇胺（TEOA）和亞硫酸鈉（Na₂SO₃）使溶液呈堿性，導緻超過90%的氫氣來自化學計量反應。而使用醇類犧牲試劑時，小分子醇如甲醇和乙醇產生的氫氣總量較高，但超過40%來自矽與水的化學計量反應。隨著醇分子大小增加，催化劑表面附近的水分子減少，氫氣生成率降低，但光催化劑穩定性提高。實驗表明，甲醇和乙醇分別有超過40%的氫氣來自化學計量反應，而甘油的光催化穩定性最佳，第三循環保留了48%的初始氫氣生成率。該研究強調了在矽基光催化過程中，不利副反應對性能的重大影響，並指出需要更嚴格的氫氣定量協議，以確定真實的光催化活性。

https://doi.org/10.1002/adfm.202507914

該研究介紹了一種新型雙室光催化燃料電池（PFC），由 NiFe-LDH/BiVO₄/FTO 光陽極和 BOD/TCPP/BP/ITO 生物陰極組成，可同時實現能量轉換和無偏壓生產 2,5 - 呋喃二甲酸（FDCA）。優化後，該 PFC 在 0.52 V 時達到最大功率密度 859.0 ± 3.0 μW cm⁻²。光照下，由於光陰極和生物陰極之間的電位差，5 - 羥甲基糠醛（HMF）的 TEMPO 介導氧化反應在 PFC 內自發進行，將 HMF 高效選擇性地轉化為 FDCA，產率和法拉第效率均接近 100%，且經過六次循環（30 小時）FDCA 生產後，仍保持初始值的 90.8%，展現出良好的穩定性，為可再生生物質轉化難題提供了有前景的解決方案。

https://doi.org/10.1021/acsami.5c05507

這篇文章介紹了金(III)冠-role化合物的區域選擇性硝化反應研究。作者首次利用硝基正離子實現了金(III)冠-role在β位的硝化，並通過UV−vis、EPR和DFT計算表征了單電子氧化的[(corrolato•2−)AuIII]•+物種。引入兩個硝基後，冠-role配體的吸電子能力顯著增強，使氧化和還原電位上移約0.4 V。3,17-二硝基冠-role金(III)配合物展現出部分反式高冠-role特性，最低能量躍遷涉及部分電荷轉移。合成化合物在常溫下展現出近紅外磷光，發射最大值紅移至約920 nm，且具有約50%的單線態氧敏化量子產率。在常溫常壓下，該配合物能催化硫醚選擇性氧化為亞碸，展現廣泛的底物適用性，選擇性超過99%，TON達1300−1800，能有效防止碸的形成。這些成果為金(III)冠-role的光物理性質調控和光催化氧化應用提供了新方法。

https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5c00923

這篇文章研究了光催化 CO2 還原中的空間屏蔽效應，使用 Al2O3 摻雜 SrTiO3（Al:SrTiO3）負載 RhCrOx 和 CoOOH 助催化劑。發現 CoOOH 是 CO2 還原的主要活性位點，RhCrOx 則負責氫物種的生成和遷移。實驗表明，活性氫物種和載流子的時空轉移對 CO2 還原至關重要。在最優條件下（0.1% Rh、0.05% Cr 摻雜，5% CoOOH 作為助催化劑），CO 生成率達到 6.7 μmol/g。原位紅外光譜顯示 *COOH 是關鍵活性物種，其濃度隨反應時間增加。研究還發現，催化劑表面的液態水分子會形成水膜，阻礙活性氫物種遷移和 CO2 吸收，這種空間屏蔽效應是影響光催化 CO2 還原性能的關鍵因素。通過 13CO2 同位素實驗驗證了 CO 來源於光催化還原過程，提出增強 CO2 吸附能力和優化助催化劑空間分布可有效提升光催化 CO2 還原效率。

https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5c01686

本研究開發了一種受水葫蘆啟發的自浮光催化系統——水葫蘆啟發淨化器（WHIP），以解決傳統粉末光催化劑在廢水處理中面臨的團聚、分離困難及光利用效率低等問題。WHIP通過將TiO2光催化劑集成到多孔聚二甲基矽氧烷基底上，模仿水葫蘆海綿組織的中心閉孔結構，實現了在靜態和動態水流條件下的穩定漂浮，從而最大化光暴露，提升光催化效率。實驗表明，WHIP對多種汙染物展現出顯著的降解能力，如亞甲基藍降解率達99.5%±0.4%，羅丹明6G為98.6%±1.5%，甲基橙為72.6%±6.4%，並能有效降解納米塑料。進一步的大規模WHIP（結合TiO₂/石墨炔光催化劑）在實際環境條件下實現了94.9%的亞甲基藍去除率，驗證了其可擴展性和通用性。該研究凸顯了WHIP作為一種可持續環境修複技術的巨大潛力。

17. 通過光催化和電催化實現聚苯乙烯的差異化轉化為苯酚和羥基苯醌衍生物。

https://doi.org/10.1038/s41545-025-00486-y

本研究開發了一種新型光催化和電催化策略，可將聚苯乙烯（PS）廢物轉化為高附加值的苯酚和氫醌衍生物。通過光氧化誘導的Hock重排反應，在常溫常壓和空氣條件下，利用廉價有機光催化劑實現了PS到苯酚類化合物的高選擇性轉化，轉化率達22%。研究發現，PS中順式鄰苯基環的構型使苄基C−H鍵的氫原子轉移（HAT）能壘提高0.6 kcal/mol，導緻聚合物轉化率低。通過光-電協同策略，從PS標準品（分子量1300）中獲得了14.1%的1,4-二乙酸氧基苯產率，還實現了真實PS廢物的高效轉化，低分子量PS標準品的轉化率達35%，真實PS廢物（食品容器、泡沫箱等）的轉化率達17.2%，為PS廢物的可持續和規模化升級回收提供了新途徑。

https://doi.org/10.1002/anie.202508166

本研究設計了一種用於去除汙染物的三元金屬硫化物光催化劑CoSX@Ag₂S/CdS。通過一鍋法溶劑熱法利用ZIF-67衍生的CoSX製備了CoSX@Ag₂S/CdS納米結構。在CoSX顆粒表面生成雙金屬硫化物顆粒的同時，部分形成了中空結構。通過控製溫度、時間和ZIF-67用量優化了合成條件。所得結構表現出高光活性，用於水汙染物的修複。該光催化劑在90分鍾內成功降解了96%的羅丹明B（RhB），並在pH 5下於50分鍾內以100%的效率還原了Cr(VI)，同時在修複RhB和Cr(VI)的混合物方面也表現出色。其光活性歸因於CoSX@Ag₂S/CdS的獨特架構，形成了n–n–n型I雜化Z型方案，並增強了光吸收、比表面積和活性位點。光催化機製被認為是Z型和型I機製的結合。

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5c01347

本研究報道了一種負載鉑-釕雙原子於富氧空位二氧化鈦（Vo-TNS）納米片上的光催化劑，用於高效光催化產氫。通過沉積-沉澱法將Pt和Ru物種引入Vo-TNS納米片，優化後的Pt-Ru/Vo-TNS催化劑在甲醇水溶液中表現出優異的產氫活性，其產氫率為2408.61 μmol h⁻¹ gcat⁻¹，是TiO₂的89倍，是單金屬Pt/Vo-TNS催化劑的1.3倍。這種優異性能歸因於貴金屬原子級分散，最大化了原子利用率並保持了貴金屬的催化優勢。研究為雙金屬單原子催化劑的合成提供了新方法。

https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5c01824