Angew：太阳能催化

随着过去半个世纪以来世界人口的爆炸性增长和工业化的飞速发展，传统化石能源的广泛使用不仅造成了许多环境问题，而且在一定程度上引发了能源危机。因此，人类迫切需要寻求一种清洁和可再生能源。太阳能以其丰富的来源和可持续性被公认为是最有发展前景的能源，并将在未来能源结构中发挥最重要的作用。在1972年，Fujishima和Honda首次报道了二氧化钛可以作为光电极用于水分解。从那时起，光催化这种可以直接将太阳能转化为化学能的技术受到了广泛的关注，并被认为是解决能源和环境问题最有前途的技术之一。然而，随着对太阳能利用的不断探索，研究者们逐渐意识到太阳能不仅可以通过光催化技术直接转换成化学能，还可以转化成热能、电能来触发多种催化反应（热催化反应、热释电催化反应、电催化反应等），并最终将太阳能转化为化学能。并且这些催化反应还可以与光催化反应耦合，协同提升催化效率。尽管以太阳能为能源的催化反应十分具有吸引力以及发展前景，但以太阳能为能源的催化反应能量转换方式多样，种类繁多，并且一直没有系统地总结和分类以及给该类反应明确的定义。有鉴于此，辽宁大学孙晓东等人首次提出了“太阳能催化”的概念，并对其反应类型进行了具体的归纳和介绍。

作者首次提出了“太阳能催化”的概念，太阳能催化是对利用太阳光作为能量输入的催化反应的一种具体和“一体化”的定义，通过不同的能量转换途径，太阳能最终可以转化为化学能。根据能量转换路径的不同，作者将太阳能催化分为以下几类：1）将太阳能通过直接或者间接的方式转换为化学能的催化反应，包括光催化以及上转换效应助力的光催化反应。与光催化不同的是，上转换效应助力的光催化反应首先会通过上转换效应将低能量的光（高波长区域的光）转换为高能量的光（低波长区域的光），提升催化剂对光的利用效率，进而提升催化活性。在光催化部分，作者以典型的热力学爬坡反应（光催化全解水以及CO₂分解）为例，对其进行了具体介绍。2）将太阳能转化为热能，并将其转化为化学能的催化反应，光热催化反应。根据能量转换路径以及热能和电子激发起到催化反应作用程度的不同，作者将光热催化分类为光辅助热催化，热辅助光催化以及光热协同催化，对他们的反应机制进行了系统介绍，并探讨了它们的异同点。3）将太阳能转化为电能，并将其转化为化学能的催化反应，光伏电催化反应。作者将其与光催化及光电催化进行了对比，指出其最大的不同之处在于其最终的活性催化剂为电催化材料，而光催化及光电催化的最终的活性催化剂为半导体材料，虽然其经过多步能量转换步骤，但其对光的利用效率明显高于光催化及光电催化。4）将太阳能转换为温差，助力热释电催化。热释电材料可以由于温差变化在材料内部产生极化电荷，从而建立内建电场，促进电子-空穴分离，从而可以与光催化耦合，提升催化效率。最后，作者从新材料开发、纳米结构调控、深度理解太阳能催化反应机理以及高效器件设计方面提出了太阳能光催化领域主要挑战和未来发展前景，该工作的发表为以太阳能为驱动能源的催化反应提出了明确的定义，希望为之后的研究者们提供了很好的参考和有效的帮助。

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Solar energy catalysis

Xiaodong Sun*, Shuaiyu Jiang, Hongwei Huang, Hui Li, Baohua Jia and Tianyi Ma*

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202204880