上海交通大学潘云翔研究员综述：薄碳层包覆光催化剂的研究进展

上海交通大学潘云翔研究员发表综述文章，系统总结了薄碳层包覆光催化剂领域的最新研究进展，详细阐述了光催化剂表面包覆薄碳层之后光响应特性、光生电荷分离和传输特性、反应物吸附特性、光催化稳定性的演变规律，并对薄碳层包覆光催化剂领域的发展方向进行了展望。

光催化技术是解决能源与环境问题的理想途径之一。然而，现有的光催化剂普遍存在光响应能力差、光生电荷分离和传输能力低、反应物吸附能力弱、使用寿命短等问题，这严重制约着光催化技术的大规模商业应用。

碳作为地球上最为丰富的元素之一，已被广泛用于构建光催化剂。碳原子掺杂可有效改善光催化剂的光响应能力、光生电荷分离和传输能力以及反应物吸附能力。石墨烯和碳纳米管等碳基材料是出色的光催化剂载体，利用碳基载体可有效地抑制光催化剂颗粒的团聚、促进光生电荷的分离和传输、改善反应物的吸附特性。石墨烯和碳量子点等碳基材料是出色的非金属基共催化剂，可为光催化反应提供高效催化活性中心。这有助于构建价格低廉、性能优异的非金属基光催化剂。

近年来，在光催化剂表面均匀包覆厚度小于10纳米的薄碳层成为提升光催化性能的一个新策略（图1）。包覆薄碳层之后，催化剂的光响应能力、光生电荷分离和传输能力、反应物吸附能力可以得到显著改善。薄碳层可提供高效催化活性中心，这与碳原子掺杂、碳基载体、碳基共催化剂等相似。

除此之外，薄碳层包覆的光催化剂还表现出一些独特优势。包覆薄碳层之后，在不改变光催化剂原有特点的同时，将光催化剂与外界有效隔离（例如：高温、酸、碱、有机溶剂等），可显著改善光催化剂抵抗光腐蚀、高温相变、结构塌陷、酸/碱腐蚀、有机溶剂腐蚀等的能力，从而大幅度提升光催化剂的催化性能和使用寿命。

此外，改变薄碳层的孔道结构，可有效调控到达光催化表面的光子数量、光生电荷的分离效率、到达光催化剂表面的反应物分子数量和大小、脱离光催化剂表面的产物分子数量和大小等，从而显著提升光催化剂的活性和选择性。正是由于这些独特优势，薄碳层包覆的光催化剂在光催化还原二氧化碳、光催化降解有机物、光催化水分解等过程中展现出优异的性能。 

图1 薄碳层包覆光催化剂的研究进展

上海交通大学潘云翔研究员在Sci. China Chem.上发表综述文章，系统总结了这一领域的研究进展，详细阐述了薄碳层包覆光催化剂特性的演变规律和内在机制，并对这一领域的发展方向进行了展望。上海交通大学博士生门玉龙为文章第一作者，潘云翔研究员为通讯作者。详见：Men YL, Liu P, Peng X, Pan YX. Efficient photocatalysis triggered by thin carbon layers coating on photocatalysts: recent progress and future perspectives. Sci. China Chem., 2020, https://doi.org/10.1007/s11426-020-9767-9。本文将收录在“2020 Emerging Investigator Issue”，敬请关注。

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通讯作者简介

潘云翔：上海交通大学化学化工学院特别研究员，博士生导师，国家优秀青年基金获得者；2010年于天津大学化工学院取得工学博士学位，师从刘昌俊教授，研究领域为催化反应工程；先后在J. Am. Chem. Soc.、Chem. Eng. Sci.、Ind. Eng. Chem. Res.、Energy Environ. Sci.、J. Energy Chem.、Sci. China Chem.等重要学术期刊发表SCI英文论文80余篇，论文被他引3500余次；先后获得天津市优秀博士学位论文、全国优秀博士学位论文提名、天津市自然科学三等奖（排名第3）、江西省双千人才等。