综述：探索复杂的硫化银纳米系统作为高效的光催化剂，用于废水处理和清洁能源生产：迈向可持续和循环经济

《Materials Today》：Exploring complex silver sulfide nano-systems as efficient photocatalysts for wastewater remediation and clean energy production: Toward sustainable and circular economy

Ag?S基纳米光催化剂在环境治理与清洁能源中的应用研究进展，探讨异质结构建、掺杂改性等策略提升光催化效率与稳定性，分析其在废水处理（降解有机染料）与氢能/二氧化碳还原中的协同作用，并展望循环经济框架下的规模化应用与挑战。

　　近年来，随着全球能源需求的不断上升，传统化石燃料仍然是主要的电力来源。然而，化石燃料的储量有限，且其过度使用对环境造成了显著影响，例如温室效应加剧和空气污染。为了应对这些挑战，科学家们正在积极探索可持续的替代能源方案，其中氢气因其清洁燃烧和高能量密度而备受关注。同时，随着工业化和城市化进程的加快，环境污染问题日益严峻，尤其是水体中的染料和抗生素等有机污染物。这些污染物主要来源于食品、化妆品、制药、塑料以及纺织等行业，对人类健康和生态环境构成了严重威胁。

在这一背景下，光催化技术被广泛认为是一种具有潜力的解决方案。光催化利用太阳能作为驱动力，通过半导体材料在光照条件下产生电子-空穴对，进而引发一系列氧化还原反应，用于降解污染物或生成清洁能源。金属硫化物因其独特的光电性能和较低的带隙而受到特别关注，尤其在可见光驱动的光催化过程中表现优异。其中，银硫化物（Ag?S）因其窄而可调的带隙、广泛的可见光吸收能力以及良好的电荷分离效率，成为研究的热点。Ag?S不仅可以作为高效的光催化剂用于废水处理，还可以用于氢气生成和二氧化碳还原等清洁能源相关过程。

光催化技术的研究在过去几十年中取得了显著进展，但仍然面临诸多挑战，如光催化剂的低效率、快速的电子-空穴复合、光腐蚀以及催化剂的聚集等问题。为了解决这些问题，研究者们开发了多种改进策略，包括异质结构建、掺杂、表面工程以及共催化剂负载等。这些方法有助于提高光催化剂的性能，增强其在实际应用中的稳定性和选择性。同时，通过合理的材料设计和结构优化，可以实现光催化剂在多个领域中的多功能应用，如水处理、能源转换、环境修复和健康相关技术。

为了更好地了解Ag?S基光催化剂的发展趋势，研究者们利用Scopus数据库进行了文献计量分析。结果显示，过去十年间，关于Ag?S基异质结在光催化和有机污染物降解方面的研究呈现出快速增长的态势，年均发表论文数量超过300篇。这些研究涵盖了多种不同的应用场景和技术路径，揭示了Ag?S在光催化领域中的重要地位。此外，通过VOSviewer软件对关键词进行可视化分析，可以发现多个研究热点，包括光催化反应机制、材料合成方法、应用领域拓展以及性能优化策略等。

Ag?S作为一种重要的半导体材料，其光电性能在光催化过程中起着关键作用。在可见光照射下，Ag?S能够有效地产生电子-空穴对，并通过其良好的电荷分离能力促进反应的进行。这一特性使得Ag?S在废水处理和能源生成方面具有广泛的应用前景。例如，在废水处理中，Ag?S可以作为高效的光催化剂，通过光生自由基的产生，降解水中的有机污染物。而在能源领域，Ag?S可以用于水分解制氢或二氧化碳还原反应，为清洁能源的开发提供支持。

为了进一步提高Ag?S基光催化剂的性能，研究者们探索了多种合成策略。其中，液相合成因其对反应条件的精确控制、成本低廉以及可扩展性而被广泛采用。此外，固相合成和生物介导合成等方法也在研究之中，但目前仍存在一定的局限性。通过不同的合成方法，可以调控Ag?S的粒径、分布、晶体结构以及表面性质，从而优化其光催化性能。例如，异质结的构建可以有效延长电子-空穴的寿命，提高光催化反应的效率。

Ag?S的改性策略同样至关重要。通过缺陷工程、元素掺杂、共催化剂负载以及单原子工程等方法，可以进一步提升其光催化性能。这些方法不仅有助于增强Ag?S的光响应能力，还可以改善其在实际应用中的稳定性。例如，元素掺杂可以引入新的活性位点，促进电子-空穴的分离；共催化剂的负载可以提供额外的反应活性中心，提高光催化反应的效率和选择性。此外，通过调整Ag?S的晶体结构和表面形貌，可以进一步优化其在不同应用场景中的性能表现。

在实际应用中，Ag?S基光催化剂被广泛用于环境污染物的降解和清洁能源的生成。例如，在废水处理中，Ag?S可以高效降解多种有机污染物，包括染料、抗生素、有机农药等。在能源领域，Ag?S可以用于水分解制氢或二氧化碳还原反应，为绿色能源的开发提供支持。这些应用不仅有助于缓解环境压力，还可以促进可持续能源的发展，从而改善人类的生活质量和生态环境。

为了实现Ag?S基光催化剂的规模化应用，研究者们还探索了与循环经济理念相结合的解决方案。循环经济强调资源的循环利用和废弃物的再利用，这与光催化技术的特性高度契合。通过光催化技术，不仅可以高效降解污染物，还可以回收水中的有用物质，如金属离子和有机物。这为构建资源回收型的废水处理系统提供了可能，同时也有助于减少能源消耗和环境污染。因此，Ag?S基光催化剂在循环经济框架下的应用前景广阔。

然而，Ag?S基光催化剂在实际应用中仍然面临一些挑战。例如，光腐蚀问题限制了其在长期使用中的稳定性；电子-空穴的快速复合降低了光催化反应的效率；催化剂的聚集问题也影响了其在实际应用中的性能表现。为了解决这些问题，研究者们提出了多种替代方案，包括表面钝化、异质结优化、共催化剂设计以及纳米结构调控等。这些方法有助于提高Ag?S基光催化剂的稳定性和效率，从而推动其在实际应用中的发展。

未来，Ag?S基光催化剂的研究将继续向更高效、更稳定、更环保的方向发展。随着纳米技术和材料科学的进步，Ag?S基光催化剂的性能有望进一步提升，从而在环境和能源领域发挥更大的作用。同时，研究者们也将更加关注其在实际应用中的可扩展性和经济性，以推动其在工业和日常生活中的广泛应用。此外，Ag?S基光催化剂的研究还将进一步拓展到其他领域，如药物输送、太阳能电池和传感器等，为多学科交叉融合提供新的可能性。

总之，Ag?S基光催化剂作为一种重要的材料，在应对全球环境和能源挑战方面展现出巨大的潜力。其独特的光电性能、良好的稳定性以及广泛的光响应能力，使其成为光催化技术中的研究热点。通过合理的材料设计和工程优化，Ag?S基光催化剂的性能有望进一步提升，从而在实际应用中发挥更大的作用。未来，随着研究的深入和技术的进步，Ag?S基光催化剂将在环境和能源领域中扮演更加重要的角色，为人类社会的可持续发展提供支持。