文章简介：
TiO2作为一种多功能过渡金属氧化物，其应用范围遍布能源转换/存储、环境修复、传感器和光电子学等新兴研究领域。由于其结构、形态、光学和电子特性的可调性使其成为研究最多的工程材料之一。尽管TiO2是一种以其结构稳定和高表面活性而闻名的经典光催化剂，但基于TiO2的光催化仍旧是一个活跃的领域，特别是在近年催化人工光合作用方面，展现出无与伦比的优势。
有鉴于此，来自吉林大学的崔小强教授、郑伟涛教授以及香港城市大学的Sai Kishore RAVI教授全面概述了用于人工光合作用的TiO2的最新发展以及新兴趋势，对TiO2在人工光合作用领域的发展提供了新思路。首先概述了TiO2的总体发展趋势。随后，详细介绍并讨论了TiO2的合成策略、结构、催化机制、性能优化策略以及在人工光合作用领域广泛的应用，展现了TiO2在人工光合作用解决能源和环境问题上的优势和潜力。最后，总结了TiO2的最新趋势和进展，同时也强调了这一经典且快速发展的材料所面临的持续挑战和未来发展前景。相关成果发表于Advanced Materials，题为 “Catalyzing Artificial Photosynthesis with TiO2 Heterostructures and Hybrids – Emerging Trends in a Classical yet Contemporary Photocatalyst” 文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.202305285
图 1 基于TiO2的人工光合作用：合成策略、基本原理、表面和改性工程、杂化、异质结构和掺杂、应用以及未来的方向和挑战
一、研究内容：
（一）TiO2纳米材料的合成策略
近一个世纪以来，人们对TiO2纳米材料的合成进行性了广泛的研究。首先讨论了TiO2的纳米级控制，随后详细介绍了三种常见的成熟的合成方法：水热法、溶胶-凝胶法以及模板法，最后，综述了TiO2合成领域的新兴方法。这些合成策略使得能够制造具有特定性质以及增强光催化性能的TiO2。
（二）TiO2纳米材料的人工光合作用的基本原理
本部分则介绍了TiO2的基本结构以及人工光合作用的基本原理及过程。
（三）TiO2纳米材料在人工光合作用中的优化策略
本文从TiO2纳米材料的改性与表面工程、异质结构和掺杂以及与其他材料杂化的协同效应等方面阐述了TiO2纳米材料的性能优化策略。
（四）TiO2纳米材料在人工光合作用中的应用
TiO2的诸多合成和优化策略使其在人工光合作用领域的有着广泛的应用，包括太阳能燃料生产、有机光降解、二氧化碳减排和可再生能源存储。
图 2 TiO2基纳米材料在人工光合作用领域广泛的应用
（五）未来趋势与挑战
尽管基于TiO2的催化人工光合作用仍旧是一个活跃的领域，但TiO2的发展之路仍有很多挑战和未解决的问题。为了促进TiO2材料的可持续发展，认识和解决TiO2纳米材料催化人工光合作用的挑战和难题是至关重要的。在此，本文提出了TiO2纳米材料当前发展存在的挑战以及未来前景，旨在为未来的道路提供方向。
图 3 TiO2人工光合作用领域的当前挑战和未来前景
（六）结论与展望
总之，基于TiO2的人工光合作用代表了一个充满活力且快速发展的研究领域。凭借其经典基础和当代创新，TiO2继续激励着不同学科的研究人员。通过全球合作和利用跨学科专业知识，我们对TiO2彻底改变能源生产、环境修复和可持续发展领域的潜力持乐观态度。通过不断的研究和发现，基于TiO2的人工光合作用无疑将超越本次综述所涵盖的综合范围，引领我们走向更绿色、更可持续的未来。