综述：基于双功能金属硫化物的复合材料的最新进展：用于光催化产氢及选择性有机氧化反应的集成应用

《Precision Chemistry》：Recent Advances in Dual-Functional Metal Sulfide-Based Composites for Photocatalytic H2 Production Integrated with Selective Organic Oxidation Reactions

金属硫化物基光催化剂（MSP）通过异质结构设计、缺陷工程和原子掺杂策略，实现了光催化产氢与有机物选择性氧化的耦合，显著提升了能源转化与绿色化学合成效率。研究系统总结了MSP在苯甲醇氧化（量子产率达76.6%）、呋喃甲醛合成（选择性>97%）及乳酸氧化（产酸率3.7 mmol·g?1·h?1）等典型反应中的性能优化机制，发现异质结界面电荷分离、原子级电子调控及缺陷工程是提升双功能催化活性的关键。同时指出，材料稳定性不足（如光腐蚀）、选择性控制困难及规模化制备瓶颈是主要挑战。

　　近年来，随着全球能源危机和自然资源枯竭问题日益突出，可持续能源生产和高附加值化学品合成的需求也变得愈加紧迫。在这一背景下，光催化氢气（H?）生成与选择性氧化反应的结合成为了一种具有前景的解决方案，它不仅能够有效利用太阳能，还能同时实现清洁燃料的生产与有机物的转化。金属硫化物基光催化剂（MSP）因其合适的能带结构、较强的光吸收能力和可调控的表面特性而受到广泛关注。本综述系统总结了近年来MSP在H?生成与代表性有机分子选择性氧化反应中的设计进展，涵盖了苯甲醇（BA）、糠醇（FFA）、5-羟甲基糠醛（HMF）、苯甲胺（BAm）以及乳酸（LA）等物质的氧化反应。特别地，我们强调了MSP的光催化性能及其电荷转移机制，并探讨了当前面临的挑战与未来的发展策略，以期设计出高效且适用于工业应用的光催化系统。

MSP的性能提升主要依赖于其能够有效吸收可见光并实现电荷分离的能力。例如，CdS、ZnS和ZnIn?S?等金属硫化物展现出良好的光催化性能，这得益于它们能够构建异质结、进行表面工程以及优化电荷迁移路径。此外，MSP的可调节电子特性、成分灵活性和丰富的表面化学也使其在氢气生成与有机转化方面具有显著优势。然而，这类材料在实际应用中仍面临一些挑战，如光腐蚀、硫的流失以及选择性氧化反应的缓慢速率。为了克服这些问题，研究者们正在探索新的材料设计、先进的表征技术和可扩展的合成策略，以促进金属硫化物在大规模光催化技术中的应用。

对于H?生成与选择性氧化反应的结合，MSP展现出巨大的潜力。其中，苯甲醇的氧化是一个特别重要的研究方向。通过光催化H?生成与BA氧化，不仅可以实现清洁能源的生产，还能生成具有高附加值的有机产物。MSP在这一反应中表现出优异的性能，这得益于其合适的能带对齐和高效的电荷分离机制。例如，Liu等人设计了一种PtN?–CdS光催化剂，通过光沉积与氮化方法合成。该催化剂在BA氧化过程中表现出高达5.4 mmol/g/h的H?生成速率，并且BA的转化率达到78.1%，同时BAD的选择性达到100%。这一成果表明，精确的原子级调控能够显著提升光催化反应的效率和选择性。

同样，对于糠醇的氧化，MSP也展现出良好的性能。例如，Liu等人设计的Cu NPs/CdS/In?O?光催化剂在可见光照射下表现出显著的H?生成和FF合成能力。这种多组分异质结结构不仅提高了光吸收效率，还优化了电荷分离和表面反应动力学。通过调控Ti?C?T?与CdS的结合比例，可以进一步增强其性能，使得在光照条件下H?和FF的生成速率分别达到773和777 μmol/g，同时保持良好的稳定性。这表明，通过精确的界面设计和电荷迁移路径调控，可以有效提升光催化系统的性能。

对于5-羟甲基糠醛的氧化，MSP同样表现出良好的潜力。例如，Qi等人构建的TFPD/CdS复合材料在可见光照射下表现出显著的H?生成和DFF合成能力。通过引入缺陷工程和异质结设计，可以进一步优化电荷分离和迁移路径，提高光催化反应的效率。此外，Han等人设计的Ni?/ZIS复合材料在光照条件下表现出较高的H?生成速率和NBBA合成能力，这得益于其优化的界面电荷迁移机制。这些研究结果表明，通过精确的界面设计和电荷迁移路径调控，可以有效提升光催化反应的性能和选择性。

在乳酸的氧化方面，MSP同样展现出良好的潜力。例如，Guo等人设计的MoSe?/CdS-B?.??复合材料在可见光照射下表现出较高的H?生成速率和LA转化能力。通过引入硼掺杂和模板辅助合成，可以进一步优化电荷迁移路径，提高光催化反应的效率。此外，Cai等人设计的CdS-MoO?复合材料在光照条件下表现出较高的H?生成速率和PA合成能力，这得益于其优化的界面电荷迁移机制。这些研究结果表明，通过精确的界面设计和电荷迁移路径调控，可以有效提升光催化反应的性能和选择性。

为了进一步提升MSP的性能，研究者们正在探索多种策略，包括缺陷工程、异质结构建、空位调控以及多组分复合材料的设计。这些策略不仅可以提高电荷分离效率，还能优化光催化反应的性能和选择性。例如，通过引入表面缺陷和异质结，可以显著提升H?生成和有机物转化的效率。此外，通过调控电荷迁移路径，可以进一步提高光催化反应的稳定性。

未来的研究方向包括提升光催化剂的稳定性、精确控制选择性、优化电荷迁移路径、开发可扩展和环境友好的合成策略以及在反应器和工艺系统中的集成设计。这些研究将有助于推动实验室级别的光催化技术向实际应用的转化，实现清洁氢气生成和高附加值化学品合成的双重目标。通过深入研究光催化剂的结构与性能关系，以及优化电荷迁移机制，可以进一步提升光催化反应的效率和稳定性，为可持续能源和绿色化学提供新的解决方案。