石墨炔是一种新型碳的同素异形体, 其独特的结构使得该物质具有理想的高强度、导电性、导热性、透光性和高载流子迁移率、热导率等。石墨炔具有天然的带隙, 属于本征半导体, 具有特别的电荷输运性能。石墨炔与无带隙的石墨烯相比, 在0.45～1.30 eV范围内显示出带隙, 这使其在电子、催化、光学和机械方面具有强大的应用潜能, 为碳材料的基础和应用研究提供新的空间、带来了新的内涵, 引起了广泛的关注。此外, 石墨炔在Fermi能级上下附近具有2个不同的Dirac锥, 这表示石墨炔为自掺杂(self-doped)半导体, 原本就具有电荷载流子, 不需要像石墨烯一样要通过额外掺杂实现。石墨炔是十分契合的潜在的且卓越的光催化材料, 理论上只需修饰构建活性位点即可高效光诱导反应。

MXene作为一种新型的二维过渡金属碳化物、氮化物或碳氮化物, 具有良好的金属导电性、较高的载流子迁移率和表面端基可调控能带结构等特性, 适合在光催化材料体系中作为助催化剂来提高光催化性能。本综述概述了零维、一维、二维和三维半导体光催化材料与MXene复合材料的可控构筑及其在污染物脱除、制氢、CO2还原和固氮等光催化领域的最新研究进展, 重点介绍了二维MXene基复合光催化材料的构筑方法及其光催化性能增强机制, 并对其未来的研究方向进行了展望。

光催化技术是解决能源、环境等问题有力的手段之一。光催化反应过程中, 催化剂的结构、表界面、缺陷等是影响光催化效率的关键因素, 可通过优化合成方法精确调控, 并实现特定性能的提升。不同于传统热传递式的加热模式, 微波场辅助合成法是基于偶极极化、离子导体、传导损耗、磁滞损耗等加热机制的新型微纳材料合成手段。该方法在光催化材料的热合成中, 具有加热速度快、热效应均匀、重现性好等优势, 也可通过特定的热效应实现定点加热和定向组装, 因此逐渐受到学界和产业界的广泛关注。本综述主要总结近年来微波合成光催化剂研究进展, 重点论述了催化材料合成过程中微波场对凝聚态物质的超热作用, 及其导致光催化剂在结构、表界面、缺陷方面的调控优化, 最终实现光催化性能的提升。

光催化反应可将太阳能转化为可储存的化学能源, 被认为是缓解能源危机和解决环境问题的有效途径之一。然而, 由于光生载流子低的转移和分离效率, 实际的光化学转换效率提升受到了限制。新兴的S型异质结光催化剂由于其在空间上实现了光生载流子的有效转移分离并展现出强的氧化还原能力, 在太阳燃料制备和环境治理领域受到了广泛关注和研究。本文综述了S型异质结光催化剂的发展历程和设计原理、光生载流子转移机制以及在能源和环境等领域的应用。最后, 提出了S型异质结光催化剂的发展前景和面临的挑战。