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该综述聚焦自修复光催化系统，阐述其受自然光合作用启发，整合分子修复、表面再生等机制以应对催化剂降解等挑战，探讨在可持续燃料生产、环境修复等领域的应用及规模化等挑战，展望量子点等未来方向。
1. 引言
全球能源危机与环境问题推动可持续能源技术发展，光催化在太阳能转化中潜力显著，但其稳定性问题制约应用。自然光合作用的自修复机制为解决此问题提供灵感，研究人员开发出仿生光催化剂，通过分子修复、表面重建等策略提升稳定性。
自修复光催化系统通过多尺度策略应对性能挑战：分子层面利用动态催化循环重组活性位点，宏观层面通过表面重构恢复功能。生物启发机制如光触发再生、分子伴侣监测等被广泛应用，例如模拟光系统 II（PSII）的 D1 蛋白修复过程。
2. 自修复机制基础
自修复光催化系统的机制可分为分子级修复、表面重建和宏观再生。分子级修复模拟 PSII 的 D1 蛋白替换过程，利用动态共价键或超分子作用修复活性位点，如金属有机框架（MOFs）的配体交换和共轭聚合物的链重组。
表面重建通过氧化还原循环或离子交换再生活性位点，如钙钛矿氧化物的表面离子交换和 TiO?的缺陷工程。生物启发的自适应界面利用刺激响应材料（如光敏感聚合物）动态调整结构，修复损伤并维持催化效率。
3. 设计策略
分子级自修复机制利用动态共价键（如二硫键、亚胺键）和金属 - 配体配位作用，使催化剂在受损后重新组装。例如，锆基 MOFs 通过光诱导配体置换恢复催化活性，共轭聚合物利用 Diels-Alder 反应修复 π 共轭网络。
表面再生策略包括自再生表面化学和外部触发重建。钙钛矿和层状双氢氧化物（LDHs）通过表面离子交换再生活性位点，TiO?基材料通过氧缺陷工程提升表面动态重构能力。自修复涂层（如 MOF 衍生薄膜）保护基底并自主修复缺陷。
生物启发的自适应界面整合光敏感基团（如偶氮苯）和分子伴侣类似物，实时响应环境压力。例如，PSII 模拟肽嵌入催化剂基质，维持催化中心空间排列并促进自修复。
智能材料架构结合刺激响应层和多相复合材料，实现自主修复。3D 打印 TiO?复合材料通过仿生通道分布应力并引导修复剂迁移，多层结构同时实现催化、传感和修复功能。
多机制整合系统结合分子修复、表面重建和自适应界面，针对不同损伤类型协同修复。例如，TiO?纳米颗粒嵌入自修复聚合物基质，通过链重组修复机械损伤，同时通过 Ti4+/Ti3+ redox 循环再生催化位点。
4. 应用领域
在燃料生产中，自修复光催化剂通过分子工程提升析氢反应（HER）效率。Mo 基硫代复合物（如 Mo?S?）修饰二维（2D）材料（如 WSe?），通过缺陷钝化和电荷分离优化，实现高效光催化 HER，光电流密度达 2.5 mA/cm2。
环境修复中，Ag/CoO-N 复合材料利用表面等离子体共振（SPR）效应增强可见光吸收，高效灭活鲍曼不动杆菌。碳点脂质体（CDsomes）通过光触发产生活性氧（ROS），在糖尿病小鼠感染伤口中实现抗菌和促愈合双重功能。
碳固定材料通过光催化还原 CO?并聚合，形成自修复聚合物。例如，聚甲醛（POM）合成路径整合 CO?吸附、光催化还原和聚合，通过优化反应动力学提升碳固定效率。
涂层与材料领域，CaCO?/TiO?杂化微胶囊嵌入环氧树脂，实现自修复和自清洁。光催化胶囊在混凝土中通过阳光触发释放修复剂（如 NaHCO?、Ca (OH)?），填充裂缝并形成碳酸钙密封层。
5. 挑战与展望
尽管自修复光催化系统已取得显著进展，仍面临规模化生产、长期稳定性和成本效益等挑战。未来研究需优化修复动力学，开发 AI 驱动的自适应系统，并探索量子点、生物杂交催化剂等新兴方向。
通过跨学科融合和先进表征技术（如原位监测、时间分辨光谱），自修复光催化系统有望在可持续能源、环境治理和智能材料领域实现突破，为全球可持续发展提供关键解决方案。
