《用于光催化的纳米复合材料，第2版：迈向下一代用于环境修复的可持续光催化材料》

《Inorganics》：Nanocomposites for Photocatalysis, 2nd Edition: Toward the Next Generation of Sustainable Photocatalytic Materials for Environmental Remediation

　　光催化在过去几十年经历了显著的科学技术发展，从一个基础研究课题发展成为应对全球环境挑战的极具前景的策略之一，涵盖环境污染、能源生产和可持续化工制造等领域。自1972年Fujishima和Honda的开创性工作——在TiO?电极上演示光电化学分解水——以来，非均相光催化一直在向日益复杂的材料架构方向发展，以实现前所未有的太阳能收集效率^[1]。如今，纳米复合光催化剂构成了材料科学中最活跃的研究领域之一，因为它们整合了单个组分无法实现的互补物理化学性质^[2]。纳米技术的快速发展彻底改变了光催化剂的设计。现代纳米复合材料不再被简单地视为两种或多种材料的组合，而是代表了一种经过精心设计的多功能体系，其中半导体界面、缺陷化学、表面等离子体共振、晶体面、异质结、助催化剂和界面电荷转移机制被同时优化以最大化光催化性能。这些进展显著提高了可见光利用效率，增强了电荷分离，降低了电子-空穴复合，并提高了在实际运行条件下的长期稳定性^[2]。"用于光催化的纳米复合材料"特刊第一版的成功清楚地表明了该研究领域的活力。已发表的贡献涵盖了多种主题，包括半导体工程、碳基纳米材料、环境修复、有机污染物的光催化降解、制氢、绿色合成策略以及新型表征方法。总体而言，这些工作强调了光催化剂设计日益复杂的程度，并突出了当代光催化研究的多学科性质^[3]。尽管取得了这些显著进展，但仍存在重大科学挑战。大多数半导体光催化剂由于可见光吸收不足、光生载流子快速复合、量子产率低、光腐蚀以及工业化应用的可扩展性有限，仍然表现出有限的光-化学转化效率。此外，许多实验室规模的研究仍然采用理想化的实验条件，这些条件与真实废水基质或实际太阳能照射环境存在很大差异。因此，弥合实验室演示与大规模应用之间的差距代表着未来十年的主要科学目标之一^[4]。先进纳米复合结构的出现提供了克服这些限制的空前机会。其中，Z型和S型异质结引起了广泛关注，因为它们被设计用于改善光生电子和空穴的分离和迁移，同时保留其强氧化还原能力。在Z型异质结中，两种半导体以模仿自然光合作用的"Z型"方式耦合，允许低能载流子复合，同时保留高能的电子和空穴用于光催化反应。同样，S型异质结基于两种半导体界面形成的内电场，选择性地促进低能载流子复合并保留最具反应活性的载流子，从而增强电荷分离效率和光催化活性。这些策略以及等离子体纳米结构、MXene基杂化物、二维材料、高熵氧化物、金属-有机框架（MOFs）、共价有机框架（COFs）、碳量子点、石墨烯衍生物和缺陷工程半导体正在重新定义下一代光催化剂的设计原则。同时，人工智能、机器学习、高通量计算筛选、密度泛函理论（DFT）和原位表征技术正在加速材料发现，通过以前所未有的精度预测电子结构、活性位点、反应中间体和降解途径^[5]。同样重要的是，对整个光催化材料生命周期可持续性的日益关注。采用植物提取物、农业废弃物、生物质碳材料和环境友好前体的绿色合成路线正在逐渐取代依赖危险化学品或高耗能过程的传统合成方法。这些进展使光催化与绿色化学和循环经济的更广泛原则相一致，确保污染物降解的环境效益不会被不可持续的材料生产所抵消^[6]。除了环境修复之外，光催化纳米复合材料正迅速扩展到新兴应用领域，包括光催化产氢、CO?光还原、氮固定、选择性有机合成、抗菌表面、抗微生物涂层、自清洁材料、空气净化和生物医学技术。这些跨学科应用表明，光催化已成为远不止是一项环境技术；它现在代表了一个由可再生太阳能驱动的可持续化学转化的多功能平台^[7]。《用于光催化的纳米复合材料》特刊第二版旨在捕捉这一新的科学格局。我们特别欢迎原创研究和全面综述，内容涵盖但不限于^[8]：- 先进半导体异质结工程；- 可见光和太阳能驱动的光催化；- 光催化产氢和人工光合作用；- CO?还原和碳中和技术；- 基于MXenes、MOFs、COFs和二维材料的新兴纳米复合架构；- 缺陷工程和晶体面调控；- 等离子体增强光催化；- 机器学习和计算材料设计；- 原位光谱学和机理研究；- 涉及新兴污染物、药物、农药、抗生素和微塑料的环境应用；- 绿色合成方法；- 放大策略、反应器工程和工业应用；- 光催化材料的稳定性、可重复使用性、毒性和生命周期评估。本特刊的一个特别重要目标是鼓励那些超越仅仅报告更高降解效率的贡献。未来的光催化研究必须越来越多地关注机理理解、可重复性、标准化测试协议、矿化途径、催化剂耐久性、技术经济评估以及在真实环境条件下的实际部署。科学卓越将越来越多地不仅以催化性能来衡量，还以所提出技术的稳健性、可重复性、可扩展性和可持续性来衡量^[9,10]。另一个快速发展的前沿领域是数据科学与材料化学的融合。日益可用的大型实验数据集，结合人工智能和自主实验，有望通过大幅缩短开发时间并提高预测准确性来彻底变革光催化纳米复合材料的发现。计算化学、先进表征、自动化和机器学习的融合有望定义光催化研究的下一个时代^[11,12]。作为客座编辑，我们深感谢所有作者、审稿人和编辑办公室成员，他们的奉献精神持续保持着最高的科学质量标准。第一版的出色反响表明了全球对光催化纳米复合材料的兴趣，我相信第二版将进一步促进国际合作，同时展示具有变革意义的进展，为联合国可持续发展目标的实现做出贡献，特别是与清洁水、可获得的可再生能源和清洁能源、负责任的生产、气候行动和可持续产业创新相关的目标。光催化的未来 undoubtedly 将由跨学科合作塑造，这些合作将化学、材料科学、化学工程、环境工程、计算建模、数据科学和工业创新融为一体。通过汇集这些不同的视角，《用于光催化的纳米复合材料》第二版旨在提供一个权威的学术平台，传播尖端研究成果，这些成果不仅推进了基础科学的理解，还加速了光催化技术向现实世界解决方案的转化，从而构建更加可持续的社会。**利益冲突声明**作者声明不存在利益冲突。**免责声明/出版商声明：** 所有出版物中包含的声明、观点和数据均为个别作者和贡献者的观点，不代表MDPI和/或编辑的观点。MDPI和/或编辑对于内容中提到的任何思想、方法、说明或产品导致的人员或财产损失不承担任何责任。? 2026 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license.