综述：光催化技术从实验室到市场的最新进展

这篇综述系统梳理了光催化（photocatalysis）技术百年发展历程，重点探讨了TiO2、g-C3N4等材料在污染物降解、H2生产、CO2转化等领域的应用突破，结合文献计量学（bibliometric）和市场数据分析，揭示了自清洁涂层（self-cleaning coatings）当前最具商业化价值的应用方向。

　　

光催化技术的百年演进

历史发展轨迹

通过Scopus数据库分析显示，光催化研究自1912年William Cudmore McCullagh Lewis首次报道光辅助反应以来，经历了从科学好奇到实用技术的转变。1972年日本科学家Fujishima和 Honda关于TiO₂光解水的突破性工作成为关键转折点。值得注意的是，中国以50,634篇发文量成为全球最高产国家，占1912-2025年总发文量的48.4%，这与其占GDP 2.68%的科研投入直接相关。

材料合成与机理

光催化过程包含三个关键步骤：半导体材料（如TiO₂的3.2 eV带隙）的光激发产生电子-空穴对、电荷分离转移、以及表面氧化还原反应生成活性氧物种（ROS）。水热法因其可精确调控纳米结构（如多面体形貌、442.5 m²/g高比表面积）成为最受青睐的合成方法，而S-型异质结设计能显著抑制电荷复合。

应用领域突破

污染物降解以58,960篇文献成为最热门方向，新型Cs₂AgBiBr₆量子点可在30分钟内降解97%污染物。H₂生产领域，MXene基H-TiO₂/g-C₃N₄/Ti₃C₂异质结达到53 mmol g^-1 h^-1的产氢效率。抗菌应用中，AgBr/AgVO₃复合材料30分钟即可杀灭99%病原菌，而CO₂转化领域通过单原子催化剂（SACs）实现了C-C耦合产物的高选择性。

商业化进程

全球光催化市场规模预计从2023年的23.8亿美元增长至2033年的59亿美元，年复合增长率9.45%。日本TOTO公司的自清洁卫浴、爱尔兰Kastus?的电子设备抗菌涂层等产品已成功商业化。值得注意的是，当前市场53.2%份额由TiO₂基产品占据，而自清洁应用以39.5%的市场占比成为最成熟领域。

挑战与展望

尽管实验室成果丰硕，可见光响应范围窄（仅利用5%太阳光谱）、电荷复合率高（>80%）、规模化生产成本等问题仍制约发展。机器学习辅助材料筛选（如预测2D MXene性能）和仿生设计（如荷叶超疏水结构）将成为未来突破方向。特别需要加强非洲地区在太阳能水净化领域的应用研究，以及推动H₂生产和CO₂转化技术的示范工程。