综述：太阳能驱动全分解水的最新进展：一项全面综述

《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：Recent advances in solar light-driven overall water splitting: A comprehensive review

本综述系统梳理了太阳能驱动全分解水（POWS）领域的最新进展，重点评述了一步和两步（Z-构型）激发体系，特别是基于TiO2、BiVO4、g-C3N4等代表性光催化剂在异质结、助催化剂和缺陷工程策略下的性能提升。文章深入探讨了表观量子产率（AQY）与太阳能-氢能（STH）转换效率之间的差距，并指出了可见光吸收、载流子寿命、长期稳定性及系统放大等关键挑战与未来方向。

　　

Functional role of co-catalysts for improved POWS

助催化剂在提升光催化全分解水（POWS）性能中扮演着关键角色。由于水分解（WS）涉及缓慢的多电子转移过程，尤其是析氧反应（OER），其动力学缓慢成为限速步骤。钴基氧化物和氢氧化物等助催化剂能显著增强OER活性。通过在纳米尺度上精心设计助催化剂，并将其选择性沉积在光催化剂的特定晶面上，可以有效促进光生电荷的分离与迁移，抑制电子-空穴复合，从而加速表面氧化还原反应，最终提高氢气和氧气的生成效率。

Titanium dioxide (TiO₂)

二氧化钛（TiO₂）因其合适的能带结构而成为一种重要的光催化材料。研究表明，POWS反应可以在锐钛矿、金红石和板钛矿等不同晶型的TiO₂上进行，但其活性和产物比例（H₂/O₂）存在差异。通过掺杂、表面修饰以及构建异质结等策略，可以调控TiO₂的能带结构和表面性质，进而增强其可见光响应和催化稳定性。

Scalable POWS

实现POWS技术的大规模应用是其最终目标，但面临太阳能-氢能（STH）转换效率偏低等挑战。当前研究正致力于探索反应器设计、催化剂固定化以及系统集成等放大策略。尽管实验室成果显著，但将高效的颗粒催化剂体系放大为实用、经济的大型制氢技术仍需在光吸收范围、电荷分离效率以及长期运行稳定性等方面取得突破。

Conclusions

光催化全分解水（POWS）是将太阳能转化为绿色氢能的有效途径。一步和两步激发系统，特别是Z-构型系统，通过使用单一或复合光催化剂，为提高制氢效率提供了可行方案。通过能带工程、助催化剂修饰、缺陷工程等策略优化光催化剂，对于实现高的表观量子产率（AQY）和太阳能-氢能（STH）转换效率至关重要。未来的发展需要持续的材料创新和系统优化，以推动POWS从实验室演示走向实际应用。

Future challenges

POWS技术未来发展面临多项挑战：其一，设计兼具宽光谱吸收、高效率和长期稳定性的光催化系统是核心难题，其性能根本上取决于光吸收特性、载流子寿命、迁移率等本征属性。其二，随着POWS技术的进步，将科学知识融入新型光捕获系统设计的需求日益迫切，需要跨学科合作解决系统集成与放大问题。