自1972年以来，由于TiO₂的丰度高，化学稳定性好和易获得等优点，其光催化性能引起了广泛的研究兴趣。为了提高TiO₂的整体活性，在过去的几十年中，人们致力于制备具有可见光响应的先进TiO₂基光催化剂，这些光催化剂在太阳能利用领域显示出巨大的潜力。

有鉴于此，黑龙江大学付宏刚教授、昆士兰大学王连洲教授和复旦大学李炜等人，综述了近年来可见光响应型TiO₂基材料的研究进展。批判性地总结了可见光响应型TiO₂基材料的基本设计原理和制备策略，以及它们在太阳能利用中的应用。综述了带隙工程和光催化工程的两个基本概念，并详细描述了可见光响应的TiO₂基材料的物理/化学性质和光催化机理。

本文要点

1）重点介绍了可见光响应型TiO₂基材料的制备策略和相应的化学/物理性质，重点从光吸收、电荷转移和分离以及表面反应的角度讨论了带隙工程和结工程。还讨论了它们在太阳能燃料生产、有机合成、细菌消毒、污染物降解和固氮等方面的应用。此外，还提出并强调了这一领域的新趋势和持续的挑战。

2）尽管在这一领域已经取得了相当大的进步，但有些问题也不容忽视。在合成方面，迫切需要开发新的方法来精确调控合成光催化剂的性能，如形貌、成分、能带排列、掺杂剂和缺陷的分布和浓度以及接触界面结构。只有这样，才能建立可靠的结构-性质-性能，才能为下一代光催化剂的研究提供指导。而且，大规模生产具有高质量且均匀的可见光响应性TiO₂基材料非常重要，这可以为实际应用打下坚实的基础。更重要的是，尽管已经系统地研究了光催化过程中的电荷转移方向，并表明光催化体系中的光生电子和空穴可以在空间上分离，但直接证据有限。

3）因此，开发实时监测光生空穴和电子迁移过程的技术是非常必要的。这些技术对于探索光催化反应机理具有重要意义，对光催化剂的基本设计原理也很重要。此外，目前的基于TiO₂的光催化剂的性能仍远未达到实际应用的要求。现有的光催化体系存在着光吸收受限、光生电子和空穴利用效率低、氧化还原能力不足等诸多弊端。因此，探索新的光催化体系具有重要意义。一个完美的系统应该满足几个要求，如可见光活性，高的太阳能转换效率，用于氧化还原反应的合适的带隙结构，用于长期应用的高光稳定性以及用于商业化的可扩展性。实际上，在污染物降解领域，TiO₂更先进并且已被广泛用于实际应用。向自然学习是有前途的，光合作用启发的人工系统可能会打破目前光催化剂的局限性。总之，高效利用太阳能是解决未来能源与环境问题的最终答案。因此，制备先进的光催化体系是非常重要的，这需要不同领域的协同研究。

参考文献：

Wei Zhang et al. Visible‐Light Responsive TiO₂‐Based Materials for Efficient Solar Energy Utilization. Advanced Energy Materials, 2020.

DOI: 10.1002/aenm.202003303

https://doi.org/10.1002/aenm.202003303