综述：无机-有机异质结光催化剂在过氧化氢和高附加值化学品转化中的研究进展

本综述系统阐述了无机-有机杂化材料（Inorganic-Organic Hybrid）在光催化领域的突破性进展，重点探讨其通过异质结构建（如Z-scheme/S-scheme）实现高效电荷分离的特性，以及在CO2转化、H2O2合成、生物质催化等领域的应用，为清洁能源开发提供新思路。

　　

无机-有机异质结光催化剂的革命性潜力

引言

全球工业化加速导致化石燃料过度消耗，引发能源危机与环境问题。太阳能作为最具潜力的可再生能源，其高效利用成为解决能源与环境双重挑战的关键。自1972年Fujishima发现TiO₂光解水现象以来，光催化技术已拓展至CO₂还原（生成CH₄/CH₃OH）、水分解制氢（H₂）及H₂O₂合成等领域，成为实现"双碳"目标的核心技术。

异质结分类与优势

无机-有机异质结通过耦合金属氧化物/硫化物（如CdS）与有机半导体（如MOF/COF），兼具无机材料的高稳定性与有机材料的可调带隙特性。其优势体现在：

1. 宽光谱响应：有机组分拓展吸收至可见-近红外区；

2. 协同效应：无机相提供电荷传输通道，有机相增加活性位点；

3. 新型电子态：界面电荷转移形成S-scheme机制，增强氧化还原能力。

合成策略

• 水热法：适用于金属氧化物与聚合物的复合；

• 原位生长：用于MOF在无机基底上的定向组装；

• 超声辅助：提升有机分子在无机表面的分散性。

应用突破

1. CO₂转化：ZnO/卟啉杂化体系将CO₂选择性还原为CH₃OH，效率提升3倍；

2. H₂O₂合成：C₃N₄-共轭聚合物体系通过双通道氧还原路径实现每小时1200μmol/g的产率；

3. 生物质转化：TiO₂/纤维素杂化材料将木质素降解为芳香化合物的选择性达90%。

表征技术

原位X射线光电子能谱（in-situ XPS）证实了界面电荷转移路径，而瞬态吸收光谱（TAS）揭示了载流子寿命延长至纳秒级。理论计算表明，有机配体的π轨道与无机金属d轨道的杂化降低了反应能垒。

挑战与展望

当前面临有机组分光降解（如CdS的光腐蚀）、界面稳定性不足等瓶颈。未来需通过原子层沉积（ALD）封装技术、机器学习辅助材料设计等突破限制，推动其工业化应用。