日益严重的能源危机和环境污染问题已经成为全世界关注的焦点，利用可再生能源替代传统化石燃料具有重要意义。开发新型的、可持续的绿色环保技术用于能源和环境领域是目前主要的研究方向。 近年来，光热催化技术作为一种兼具光化学低能耗和热化学高效率的新兴技术而受到广泛关注。该过程利用太阳能通过局域表面等离子体共振 (LSPR)、非辐射弛豫和分子热振动诱导产生，无需额外的热源输入，且表现出优于单一传统光催化和热催化的性能。得益于高效、低能耗等优势，光热催化在二氧化碳 (CO2 )还原、挥发性有机物 (VOCs) 氧化、氢气 (H2 ) 生产和水 (H2 O) 净化等方面得到了广泛的应用。
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图 1. 二维纳米材料在光热催化领域的研究进展。
二维 (2D) 纳米材料是一类具有原子级/分子级厚度（通常小于 5nm）的片状平面材料，目前 2D 纳米材料家种类丰富，包括单元素 2D Xenes（石墨烯、硅烯、锗烯、锡烯、磷烯、碲烯、铋、硼烯）、过渡金属二醇化物（TMDs）、六方氮化硼（h-BN）、共价有机框架（COFs）、过渡金属氧化物（TMO）、黑磷（BP）、过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物（MXene）、金属有机框架（MOFs）、层状双金属氢氧化物（LDHs）和二维金属等。与传统的零维、一维以及三维材料相比，具有独特的优势： (ii) 有效缩短从内部到表面的迁移距离使电荷载流子的复合最小化； (iii) 优异的面内电子迁移率、高的光吸收能力以及在近红外( NIR )区域的高效热导率。 由于这些独特的优点，二维纳米材料近期已被探索用于光热催化领域。然而，其在光热催化领域的研究尚处于起步阶段，因此需要进行归纳整理 。
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图 2. 近年来光热催化不同领域的发文量( a )和引文量( b ) (数据来源于web of science 2022 年 8 月 17 日)；相应二维纳米材料的元素分布( c )。
基于此，苏州科技大学李长明教授 ，曲家福副教授 ，胡俊蝶副教授团队 总结了二维纳米材料光热催化领域的最新进展，强调了基于不同驱动力的相关反应机理，同时，对二维纳米材料的相关光热应用进行了详细的分类，并讨论了提高光热活性的策略。 相关工作以题为“Two-Dimensional Nanomaterials: Synthesis and Applications in Photothermal Catalysis ”(《二维纳米材料的合成及其在光热催化中的应用》)的论文发表在国际权威材料期刊 Nanascale
在这篇综述中，研究者为了深入理解光热催化机理，根据驱动力的不同将其分为三类，包括局部等离子体共振加热、半导体的非辐射弛豫和分子的热振动。随后阐述了二维纳米材料的合成方法，如机械剥离法、液相剥离法、化学气相沉积法(CVD)、湿化学策略等。从目前的研究成果来看，湿化学合成法已经成为合成新型二维纳米材料最有力的策略。最后，重点介绍了二维纳米材料在 CO2 转化、产氢、VOCs 降解和水净化等方面的光热应用。同时，在相关应用中引入一些有效的改性方法来增强光热性能。 尽管在二维纳米材料的合成和光热应用方面已经取得了长足的进展，但就目前的实际需求而言，仍然存在一些挑战和障碍。 1) 众多研究只关注可控合成不同形貌的纳米材料，对构效关系的认识不全面，难以满足实际应用；
2) 尽管在实验室中二维纳米材料在光热催化方面表现出优异的性能，但产率低、能耗大、工艺复杂等缺点仍然制约着其大规模应用，因此，高耐久性和高质量的二维纳米材料的规模化合成对于实际应用至关重要；
3) 光热催化的理论和应用都还不成熟，光热之间的转换关系和协同机理有待进一步探索；
4) 光热反应器的研究和构型开发也是实现工业规模应用的关键。总之，通过解决上述障碍，可以推断 2D 纳米材料将在光热应用中得到广泛的应用。
Two-Dimensional Nanomaterials: Synthesis and Applications in Photothermal Catalysis Jiafu Qu*, Songqi Li, Bailing Zhong, Zhiyuan Deng, Yinying Shu, Xiaogang yang, Yahui Cai, Jundie Hu* and Chang Ming Li* Nanoscale 15 , 2455-246910.1039/D2NR06092B 本文第一作者兼通讯作者，硕士生导师。于 2020 年在路建美教授的指导下获得了苏州大学应用化学专业的博士学位，在攻读博士学位期间，于 2018 年 9 月到新加坡国立大学颜宁教授课题组联合培养一年。毕业后于 2020 年 12 月入职苏州科技大学材料科学与工程学院，担任副教授。研究兴趣集中在微纳复合材料的合成和应用，包括光催化/光热催化 CO2 氢化、VOCs 降解、水净化和生物质转化等。
本文共同第一作者，2021 年 6 月苏州科技大学功能材料专业本科毕业。2021 年 9 月至今，在苏州科技大学材料科学与工程学院攻读硕士学位。在李长明教授和曲家福副教授的指导下进行研究，目前主要从事负载型金属纳米材料的制备及其光热性能研究。
本文通讯作者，副教授，硕士生导师，于 2019 年在路建美教授的指导下获得了苏州大学应用化学专业的博士学位。随后，她加入苏州科技大学材料科学与工程学院，担任副教授。目前的研究兴趣主要集中在纳米多孔材料的合成，包括 2D 材料、异质结、共轭有机聚合物材料，及其在光催化中的应用，如水分解、二氧化碳转化和环境修复。
本文通讯作者，教授，博士生导师，1970 年 8 月中国科学技术大学近代化学系本科毕业，1983 年 8 月和 1986 年 8 月分别于武汉大学物理化学专业获得理学硕士和理学博士学位。2017年1月至今在苏州科技大学材料科学与工程学院担任院长，主要研究兴趣包括功能材料（能源、生物）、清洁能源（锂电池，燃料电池，氢能源，超级电容器，太阳能电池等）、生物传感与芯片。已发表 700 多篇 SCI 顶尖论文，SCI 总引用42000 多次，H 因子 97，国际/国内学术大会主题或邀请报告 200 多次。拥有中国、美国及新加坡专利 320 项，产业化成就突出，专利在中国和美国产生超百亿产值，承担重大科研项目总经费 2.3 亿多人民币。美国医学与生物工程院院士、欧洲科学院院士、俄罗斯工程院外籍院士、英国皇家化学会会士，国际薄膜学会会士。荣获中国医学科技二等奖，中国产学研合作创新奖，中国侨联创新奖，重庆市友谊奖，苏州市荣誉市民等多项高质量奖项。
A high impact, peer reviewed journal publishing experimental and theoretical work across the breadth of nanoscience and nanotechnology 2-年影响因子* 8.307 分5-年影响因子* 7.891 分最高 JCR 分区* Q1 物理-应用CiteScore 分† 13.4 分中位一审周期‡ 35 天
Nanoscale 发表有关纳米科学和纳米技术的高质量研究报道，包括各种跨学科的实验研究和理论研究，涉及的研究主题有纳米结构和纳米材料的合成、功能纳米材料和生物组装体的表征、纳米材料的性质、自组装和分子组织、复杂的杂化纳米结构、纳米复合材料、纳米颗粒、纳米晶体、纳米团簇、纳米管、纳米线、纳米催化、纳米理论建模、纳米电子学和分子电子学、纳米光子学、纳米芯片、纳米传感器、纳米流体和纳米加工、碳基纳米材料和装置、纳米仿生材料、纳米生物技术／生物纳米材料、纳米医学、纳米技术的监管方法和风险评估等等，对物理、化学、生物学、医学、材料、能源／环境、信息技术、检测科学、医疗保健和药物研发、电子工程等领域的科研人员具有广泛的吸引力。该刊由英国皇家化学会同中国国家纳米科学中心共同出版。
Editors-in-Chief
Chunli Bai (白春礼)
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