综述：光热材料降解挥发性有机物的最新研究进展及其机理

《Molecular Catalysis》：Recent advances in photothermal materials for degrading VOCs and their mechanism

　　

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  比较了各种催化剂的光热催化性能。
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  讨论了催化剂的形貌、晶体结构和组分比对催化活性的影响。
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  总结了光热催化过程中挥发性有机物（VOCs）的降解机理。
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  提出了改进催化剂的未来方向或建议。

章节片段

过渡金属氧化物

过渡金属的d轨道仅部分填充，d轨道中的未配对电子有利于电子跃迁。特别是，d-d轨道跃迁在光照下容易发生，从而产生明显的光响应。过渡金属氧化物被认为是优良的光热催化剂[23]。

异质结

理想的光热催化剂应具备以下优势：优异的光捕获能力、高热导率、光生载流子的快速迁移与分离，以及强氧化还原电位[124]。通常，单组分光热催化剂难以满足上述所有要求。异质结由两种或多种半导体组成，一种具有较低的费米能级和氧化电位，另一种具有较高的费米能级

尖晶石

与将活性金属掺杂到另一种金属氧化物中类似，尖晶石结构的双金属氧化物也会改变价态分布和晶格失配[215,216]。Bi等人提出，在制备CoAlOx尖晶石过程中，CoAl-LDH中的Al-O-Co、Al-O-Al和Co-OH金属键被破坏，Co被氧化为八面体Co³⁺[200]。Wang等人发现，CoAl-LDHs中Co³⁺和氧空位的分布可以通过改变碱刻蚀时间进行调控。当碱刻蚀时间

贵金属

纳米级贵金属颗粒（如Au、Ag和Pd等）具有独特的光学性质，使其能够通过表面等离子体共振效应有效吸收近红外光并将其转化为热能[130,232,233]。当Pd负载在MnO₂上时，功函数值从Mn₃O₄的7.37 eV降低至PdO/Mn₃O₄的6.84 eV。这一变化表明电子迁移得到了促进[201,234]。因此，Pd的添加促进了氧活化和可见光吸收[

钙钛矿

钙钛矿的化学式为ABO₃，通常具有四方和六方结构。由于其优异的光响应和强可见光捕获能力，它们被认为是高性能光催化剂。通常，B位元素为过渡金属，直接影响带隙[254]。容差因子（t）用于描述钙钛矿的结构，如公式2所示。$$t=\frac{R_A+R_O}{\sqrt{2(R_B+R_O)}}$$

其中，$R_A,R_B,R_O$为A、B和O离子的半径；t表示

机理

通常，VOCs的热催化氧化可以用Mars-Van Krevelen机理来描述[119,254]。VOCs首先被吸附在催化剂表面，然后被活性氧物种或催化剂的晶格氧氧化。表面晶格氧消耗后，形成氧空位。氧空位会诱导活性氧物种的形成。随后，分子氧或活性氧物种补充被还原的

结论

过渡金属氧化物、异质结、尖晶石、贵金属和钙钛矿被广泛用作VOCs降解的光热催化剂。本文总结了过渡金属氧化物、异质结、尖晶石、贵金属和钙钛矿催化剂的性能。通常，贵金属催化剂在低于300 mW·cm^?2的光强下即可实现90%的甲苯降解，而其他催化剂则需要高于300 mW·cm^?2。形貌、纹理结构、暴露晶面、缺陷等的影响，

CRediT作者贡献声明

韩军：撰写——初稿。张雷：软件、调查。赵博：方法论。秦林博：资金获取。

利益冲突声明

作者声明他们不存在已知的可能影响本文所报告工作的竞争性经济利益或个人关系。

致谢

本工作得到国家自然科学基金（项目编号：52574473、52676241）、湖北省科技创新专项基金（项目编号：2025AFA061）和武汉市自然科学基金（2025041001010356）的支持。

韩军|张雷|赵博|秦林博