综述：基于镍的层状双氢氧化物复合材料在光催化中的应用：合成与研究

光催化技术中镍层状双氢氧化物（Ni-LDHs）复合材料的研究进展。本文系统综述了Ni-LDHs的合成方法（共沉淀、水热、模板法）及其在CO?转化、光解水、有机污染物降解和NOx去除等领域的应用，分析了异质结构建、共催化剂引入、形貌调控、缺陷工程及活性氧物种调控等性能提升策略，并探讨了当前挑战与未来方向。

　　随着全球工业和农业的持续发展，人类活动对环境造成了越来越严重的污染，同时能源短缺问题也日益突出。面对这些挑战，光催化技术因其高效、可持续以及环保的特性，成为解决环境修复与能源转换问题的重要手段之一。光催化技术利用光能驱动化学反应，将太阳能转化为可利用的化学能，为能源再生提供了新的思路。目前，光催化技术在多个领域得到了广泛应用，包括光催化制氢、二氧化碳还原、有机污染物降解以及氮氧化物的去除等。这些应用不仅有助于缓解能源危机，还对改善生态环境具有重要意义。

在众多光催化剂中，层状双氢氧化物（Layered Double Hydroxides, LDHs）因其独特的二维层状结构和多样的物理化学性质而备受关注。LDHs的结构主要由金属氢氧化物的八面体单元组成，其一般化学式为 [M2????M3??(OH)?] [A?/?]?? mH?O，其中M2?和M3?分别代表二价阳离子（如Fe2?、Cu2?、Co2?、Ni2?）和三价阳离子（如Al3?、Cr3?、Fe3?），而A代表层间阴离子（如CO?2?、NO??、Cl?）。这种结构赋予了LDHs较大的比表面积、可调的带隙宽度以及灵活的组成和结构特性，使其在光催化反应中表现出优异的性能。

在所有基于过渡金属的LDH材料中，镍基LDHs（Ni-LDHs）因其独特的性能而受到广泛关注。Ni-LDHs不仅具有良好的化学稳定性、优异的反应选择性以及环保特性，还表现出更高的光催化活性。相比其他LDH材料，Ni-LDHs在光催化过程中能够更有效地捕获光能，实现更高效的电子转移和光生载流子分离，从而提升其催化性能。此外，Ni2?的掺杂使得Ni-LDHs在低湿度环境下也能产生大量的羟基自由基（•OH），这进一步增强了其在光催化反应中的应用潜力。

近年来，针对Ni-LDHs的光催化性能提升，研究者们提出了多种策略。其中包括异质结的构建、共催化剂的引入、形貌调控、缺陷工程以及活性氧物种（Reactive Oxygen Species, ROS）类型的调节和浓度控制。异质结的构建能够有效促进光生电子和空穴的分离，减少其复合几率，从而提高光催化效率。共催化剂的引入则可以增强光催化剂对反应物的吸附能力，同时提升其表面活性，促进反应的进行。形貌调控可以通过改变材料的结构，使其更适应特定的反应环境，例如增加比表面积或优化孔结构，以提高催化反应的效率。缺陷工程则是通过在材料中引入特定的缺陷，如空位或晶格畸变，来调节其电子结构和表面反应特性，从而增强其光催化性能。而ROS的调节则涉及对光催化过程中产生的活性氧物种类型和浓度进行控制，以优化其在反应中的作用。

尽管Ni-LDHs在光催化领域展现出巨大的潜力，但其在实际应用中仍面临一些挑战。例如，Ni-LDHs的光响应范围相对较窄，主要集中在紫外光区域，而可见光的利用率较低。此外，Ni-LDHs在实际应用中可能受到环境因素的影响，如湿度、pH值等，这对其性能稳定性提出了更高的要求。为了克服这些限制，研究者们正在探索多种改进方法，如通过掺杂其他元素或引入新型结构来拓宽其光响应范围，或通过表面修饰和复合材料的设计来提高其在不同环境条件下的稳定性。

在合成Ni-LDHs复合材料方面，目前主要采用三种方法：共沉淀法、水热法和模板法。共沉淀法具有成本低、操作简便、条件可控等优点，但其合成产物往往存在纯度较低、颗粒较大以及分散性差等问题。水热法能够在相对温和的条件下合成高质量的Ni-LDHs材料，但其反应条件较为复杂，需要精确控制温度、压力和时间等参数。模板法则通过使用特定的模板结构来引导材料的生长，从而获得具有特定形貌和结构的Ni-LDHs复合材料，但这种方法通常需要额外的模板材料，增加了合成成本和工艺复杂度。因此，选择合适的合成方法对于获得高性能的Ni-LDHs复合材料至关重要。

在实际应用中，Ni-LDHs复合材料被广泛用于光催化制氢、二氧化碳还原、有机污染物降解以及氮氧化物的去除等领域。其中，光催化制氢是当前研究的热点之一，Ni-LDHs材料能够有效促进水分解反应，生成氢气。二氧化碳还原则是将CO?转化为有价值的碳基化合物，如甲醇或甲烷，这为碳捕集与利用提供了新的途径。有机污染物的降解则是通过光催化反应将有害的有机物分解为无害的小分子物质，如CO?和H?O，从而实现水体和空气的净化。此外，Ni-LDHs在氮氧化物去除方面的应用也展现出良好的前景，其高比表面积和优异的电子转移能力使其能够高效地催化氮氧化物的还原反应。

为了进一步提升Ni-LDHs复合材料的光催化性能，研究者们正在探索多种策略。除了上述提到的异质结构建、共催化剂引入、形貌调控、缺陷工程和ROS调节外，还有许多其他方法值得深入研究。例如，通过引入金属氧化物或半导体材料，可以构建具有更宽光响应范围的复合体系，从而提高光催化效率。此外，表面修饰技术也可以用于改善Ni-LDHs的光吸收能力和反应活性，使其更适用于实际环境中的复杂条件。

在未来的研究中，Ni-LDHs复合材料的发展方向可能包括以下几个方面：首先，拓宽其光响应范围，使其能够更有效地利用可见光和近红外光，从而提高光催化效率。其次，提高其在不同环境条件下的稳定性，例如通过表面改性和结构优化来增强其抗腐蚀能力。此外，开发更加高效的共催化剂和异质结结构，以进一步提升其催化性能。同时，研究者们还可以探索新的合成方法，以获得更高质量、更易分散的Ni-LDHs复合材料。

总之，Ni-LDHs复合材料作为一种具有广阔前景的光催化剂，其在环境修复和能源转换领域的应用潜力巨大。通过不断优化其合成方法和结构设计，结合多种性能提升策略，有望进一步推动其在实际应用中的发展。未来的研究应更加注重材料的性能调控和应用拓展，以满足日益增长的环境和能源需求。