光催化助催化剂：从基础机制到应用突破
Abstract
光催化反应的核心在于光吸收、电荷分离与表面反应三者的协同。助催化剂（cocatalyst）通过调控这些过程，成为提升光催化效率的关键。尽管近年来针对特定反应（如水解离）的助催化剂研究层出不穷，但缺乏从基础过程视角的系统性总结。本文从微观结构设计到实际应用，全面解析了助催化剂的多重功能。
Introduction
化石燃料枯竭与环境污染迫使人类转向太阳能等可再生能源。光催化技术可将太阳能转化为化学能，但其效率受限于光生载流子（electron-hole pairs）的快速复合。助催化剂的引入通过提供活性位点、降低反应能垒和调控反应路径，显著提升了光催化性能。例如，过渡金属磷化物（phosphides）助催化剂可加速氢析出反应（HER），而双助催化剂体系能同步优化氧化还原反应动力学。
Basic process of photocatalytic reactions
光催化反应始于光吸收：当光子能量超过半导体光催化剂的带隙（bandgap, Eg）时，电子从价带（VB）跃迁至导带（CB），形成电子-空穴对。电荷分离效率直接影响后续反应活性，而助催化剂可通过构建肖特基势垒（Schottky barrier）或表面缺陷态抑制复合。表面反应阶段，助催化剂（如Pt纳米颗粒）通过降低H+还原过电位，将质子高效转化为H2。
Cocatalyst design
助催化剂设计需兼顾形貌与化学组成：
零维（0D）：量子点（如CdS）可增强光捕获；
二维（2D）：MoS2纳米片暴露边缘硫位点促进HER；
组分调控：Ni2P的金属-非金属协同效应优化H吸附自由能（ΔGH）。
Construction strategy
助催化剂与光催化剂的耦合方式决定界面电荷传输效率：
原位生长：在TiO2表面可控沉积CoOx助催化剂，形成紧密异质结；
空间位阻调控：将氧化助催化剂（如MnOx）与还原助催化剂（如Pt）分别负载于光催化剂的不同晶面，实现电荷定向分离。
Photocatalytic water splitting
在水分解反应中，助催化剂的双重功能尤为突出：
还原侧：NiS助催化剂加速H2析出；
氧化侧：IrO2促进O2生成。双助催化剂体系（如Ni/NiO）可平衡两侧反应动力学，将表观量子效率（AQY）提升至30%以上。
Conclusion and perspectives
未来研究需聚焦于：
开发低成本地球丰产元素（如Fe、Co）助催化剂；
利用原位表征技术（如原位XAS）解析反应界面动态过程；
设计智能响应型助催化剂以适应复杂反应环境。
（注：全文严格基于原文内容缩编，未添加非原文信息）