張棟琪，倪俊朋，陳啟濤，劉艷紅*，李麗霞，毛寶東*

(1． 江蘇大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013； 2． 江蘇大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013)

1 引 言

隨著整個(gè)世界工業(yè)的迅猛發(fā)展以及人類社會(huì)的日益進(jìn)步，傳統(tǒng)化石燃料的使用造成可利用資源持續(xù)減少，環(huán)境受到嚴(yán)重污染并逐漸惡化，海平面持續(xù)上升等一系列問題[1-2]。氫能作為公認(rèn)的清潔能源，受到了越來越多研究者的關(guān)注。氫能除了具有資源豐富、燃燒性能好和熱值高等特點(diǎn)以外，還具有環(huán)保性能好、經(jīng)濟(jì)效益高和用途廣泛等特點(diǎn)[3]。當(dāng)前制氫途徑主要分為化石燃料重整、氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫和生物質(zhì)新型制氫等，但是都受限于過高的成本和較低的效率[4]。近年來，光解水產(chǎn)氫技術(shù)可以通過太陽光驅(qū)動(dòng)光催化劑產(chǎn)生光生電子并進(jìn)行反應(yīng)生成氫氣，而太陽光作為取之不盡的自然能源，在一定程度上可以改善能源危機(jī)和環(huán)境問題。

為了更好地利用太陽光譜中43%的可見光，可見光響應(yīng)的窄帶隙材料的研究受到了研究人員的廣泛關(guān)注。其中，量子點(diǎn)具有量子限域效應(yīng)、比表面積大和可見光區(qū)消光系數(shù)高等獨(dú)特特性而被廣泛應(yīng)用于光催化領(lǐng)域。然而，傳統(tǒng)量子點(diǎn)基光催化劑由于容易發(fā)生團(tuán)聚、穩(wěn)定性差而限制了其光催化性能。解決這些問題的主要途徑之一是將量子點(diǎn)負(fù)載到超薄的二維納米片上，形成零維/二維(0D/2D)納米復(fù)合材料，兩部分之間的相互作用可以使量子點(diǎn)更加均勻分散和穩(wěn)定，而2D納米材料促進(jìn)的電荷轉(zhuǎn)移可以有效改善電荷分離和遷移，從而抑制光生載流子的復(fù)合。因此，0D/2D復(fù)合材料可顯著提高光電性能，在光催化領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。

目前，針對(duì)0D/2D光催化劑構(gòu)筑的研究已經(jīng)被廣泛報(bào)道，但是仍然面臨著制備方法復(fù)雜、動(dòng)力學(xué)研究不足等困難。同時(shí)，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)主要作為光吸收單元不同，碳點(diǎn)更是在增加光吸收、促進(jìn)電荷分離和增加表面反應(yīng)位點(diǎn)等光催化的不同環(huán)節(jié)均展現(xiàn)出優(yōu)異的應(yīng)用潛力。本文系統(tǒng)介紹了傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)和碳點(diǎn)基0D/2D復(fù)合異質(zhì)結(jié)光催化劑，并根據(jù)引入的二維材料類型以及碳點(diǎn)的作用機(jī)理對(duì)0D/2D異質(zhì)結(jié)進(jìn)行了系統(tǒng)歸納總結(jié)，并對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了初步展望。

2 光催化析氫基本原理

光催化產(chǎn)氫可以分為三步：(1)半導(dǎo)體的本征光吸收；(2)光生電荷的分離和遷移；(3)表面發(fā)生氧化還原反應(yīng)。主要步驟如圖1所示。首先，當(dāng)光催化劑受到外界能量(hν)大于其禁帶寬度(Eg)的光照時(shí)，被激發(fā)產(chǎn)生的電子(e-)從價(jià)帶(VB)躍遷到導(dǎo)帶(CB)上，并在價(jià)帶上留下帶正電的空穴(h+)；然后，電子和空穴分離并擴(kuò)散到光催化劑表面；最后，擴(kuò)散到表面的電子將水中氫離子還原并生成氫氣，空穴把水氧化成氧氣[5-6]。然而，實(shí)際上在光生載流子移動(dòng)的同時(shí)會(huì)發(fā)生不可避免的復(fù)合，導(dǎo)致光催化效率低。

圖1 光催化制氫基本原理圖

由此可見，半導(dǎo)體材料要想實(shí)現(xiàn)光催化分解水達(dá)到產(chǎn)氫的目的需要滿足以下4個(gè)要求：(1)合適的帶隙，光催化劑的帶隙(Eg)應(yīng)大于1.23 V，但應(yīng)該小于3.0 V，最好覆蓋大部分或整個(gè)可見光區(qū)域；(2)合適的導(dǎo)帶(CB)和價(jià)帶(VB)位置，導(dǎo)帶應(yīng)比H2析出的能級(jí)(0 Vvs.NHE，pH=0)更負(fù)，而價(jià)帶應(yīng)比O2/H2O氧化電位(1.23 Vvs. NHE，pH=0)更正，才能進(jìn)行水分解的氧化還原反應(yīng)；(3)有效的電荷分離；(4)良好的化學(xué)穩(wěn)

定性和低成本。量子點(diǎn)中尺寸和組分可調(diào)的能帶結(jié)構(gòu)為光解水產(chǎn)氫提供了合適的平臺(tái)。

光催化劑異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)工程是在光催化劑內(nèi)部促進(jìn)電子空穴分離的最實(shí)用和有效的方法之一[7]，包括傳統(tǒng)的Ⅱ型異質(zhì)結(jié)[8]、p-n型異質(zhì)結(jié)[9]和Z型異質(zhì)結(jié)[10]。AgIn5S8/TiO2[11]等異質(zhì)結(jié)的光生載流子被有效分離，延長了載流子的壽命，以改善H2的析出和穩(wěn)定性。與此同時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)，異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑對(duì)其他納米材料改善其自身結(jié)構(gòu)和性能也有幫助。CaIn2S4/TiO2[12]、ZnIn2S4/WO3[13]和AgIn5S8/Bi2WO6[14]均由于高效的電荷分離而展現(xiàn)出優(yōu)于單體的光解水性能。

3 0D/2D異質(zhì)結(jié)光催化劑簡介

3.1 量子點(diǎn)簡介

量子點(diǎn)是把激子在3個(gè)空間方向上約束住的半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)，一般尺寸在2～10 nm范圍內(nèi)的近球形半導(dǎo)體，其粒徑小于或接近其相應(yīng)半導(dǎo)體材料的激子波爾半徑[15-16]。量子點(diǎn)主要包括Ⅱ-Ⅵ族、Ⅳ-Ⅵ族、Ⅲ-Ⅴ族和Ⅳ族等幾類。

膠體量子點(diǎn)在不同領(lǐng)域均有廣泛的應(yīng)用。如量子點(diǎn)因其高光吸收效率、合成簡單及量子限域效應(yīng)使其在敏化太陽能電池及薄膜太陽能電池中有較好的應(yīng)用[17-18]；而量子點(diǎn)中尺寸可調(diào)的電子結(jié)構(gòu)、表面化學(xué)和表面陷阱態(tài)工程在光電探針器件中有著獨(dú)特的優(yōu)勢[19]；電致發(fā)光器件中量子點(diǎn)通過其窄光譜發(fā)射和尺寸可調(diào)性允許跨越寬色域而備受關(guān)注[20]；量子點(diǎn)又因其可調(diào)的尺寸、形狀和組成特性(圖2)在光催化中成為最有希望的材料之一[21]；量子點(diǎn)的單一激發(fā)、多元發(fā)射、熒光強(qiáng)、抗光漂白和可調(diào)的熒光發(fā)射波長等特性使得其在生物成像及量子點(diǎn)傳感器有著很強(qiáng)的應(yīng)用[22]。在光催化應(yīng)用中，與體相半導(dǎo)體光催化劑相比，量子點(diǎn)材料因其有更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)、更大的比表面積、更短的載流子遷移距離和獨(dú)特的量子限域效應(yīng)等光學(xué)和物理性質(zhì)，使得量子點(diǎn)光催化劑材料具有突出的優(yōu)勢。

圖2 常見半導(dǎo)體量子點(diǎn)中尺寸和組分依賴的光學(xué)性質(zhì)示意圖[24]

近些年，Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ和Ⅲ-Ⅴ族等不含鎘或鉛等重金屬元素、對(duì)環(huán)境友好的量子點(diǎn)吸引了越來越多的關(guān)注。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族硫化物主要由(Ⅰ=Ag，Cu；Ⅲ=In，Ga；Ⅵ=S，Se)組成，如CuInS2、AgInS2、CuGaS2和AgGaS2等。由于Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族量子點(diǎn)光催化劑有著比CdS、CdSe和PbSe等更寬的響應(yīng)范圍和更高的消光系數(shù)[23]，經(jīng)過對(duì)Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ量子點(diǎn)的研究，已經(jīng)清楚了其具體性質(zhì)。但是對(duì)于光催化制氫的實(shí)際商業(yè)化應(yīng)用依然有較大的差距。因此，研究者們通過各種策略在追求著更高的性能。

3.2 量子點(diǎn)光催化應(yīng)用

量子點(diǎn)由于其組分可調(diào)，可以調(diào)節(jié)其帶隙，并且由于其優(yōu)異的光電性能，代表了最有前途的用于制氫的可見光響應(yīng)光催化劑。早期研究主要集中于Ⅱ-Ⅵ族量子點(diǎn)，如CdS和CdSe及其復(fù)合結(jié)構(gòu)基光催化劑。實(shí)際上，體相Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ硫化物是首次報(bào)道的用于光催化分解水的帶隙可調(diào)的光催化劑[25]。Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ族硫化物光催化劑的早期研究主要集中在組分調(diào)整對(duì)光催化性能的影響，如(AgIn)xZn2(1-x)S2、(CuIn)xZn2(1-x)S2等固溶體材料，在很寬的范圍內(nèi)提供了連續(xù)可調(diào)的帶隙。然而，由于其成分和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，制備過程通常需要高溫退火以提高結(jié)晶度和減少缺陷，這也導(dǎo)致其尺寸增大和比表面積降低。為了進(jìn)一步改進(jìn)，納米結(jié)構(gòu)可以縮短光生載流子向催化劑表面的擴(kuò)散距離，有效地提高表面析氫反應(yīng)的效率。近年來，研究人員發(fā)展了簡單的水熱法和溶劑熱法來制備高比表面積的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ固溶體納米結(jié)構(gòu)，如多孔微球和層狀納米結(jié)構(gòu)，它們可以提供豐富的表面活性中心。總之，高結(jié)晶度和小尺寸的納米顆粒一直是光催化應(yīng)用中追求的理想結(jié)構(gòu)[26-27]。除了傳統(tǒng)的組分和結(jié)構(gòu)調(diào)控外，量子點(diǎn)還具有尺寸和表面配體精細(xì)調(diào)控的獨(dú)特優(yōu)勢，從而為助催化劑負(fù)載和異質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)筑提供了新的機(jī)遇[28]。

表面配體不僅決定了量子點(diǎn)的水/有機(jī)分散性，還可以作為表面催化中心。通常，在高溫高沸點(diǎn)有機(jī)溶劑條件下合成的量子點(diǎn)表面通常覆蓋一層具有長烴尾的有機(jī)配體(如油胺、油酸和氧化三辛基膦)[29]，以獲得高結(jié)晶度和高分散性。它們很容易分散在非極性溶劑或聚合物基體中，但很難分散在水相中。原始的長鏈配體通常與短鏈雙極性配體(如3-巰基丙酸)交換，在光催化過程中提供了更高的水膠體穩(wěn)定性和方便的電荷傳輸通道，有利于光催化活性的提高。用短鏈配體直接水溶液法制備了大量的Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ量子點(diǎn)光催化劑。這些短鏈配體包覆的膠體量子點(diǎn)具有更好的電荷分離、高導(dǎo)電性和增強(qiáng)的光催化活性[30]。此外，Mao等發(fā)現(xiàn)混合配體修飾的Ag-In-Zn-S量子點(diǎn)對(duì)光催化性能表現(xiàn)出優(yōu)異的協(xié)同效應(yīng)，其中，與L-半胱氨酸相比，3-巰基丙酸的引入導(dǎo)致PL壽命延長和非輻射復(fù)合減少，這可歸因于3-巰基丙酸更強(qiáng)的蓋層效應(yīng)[31]。

碳點(diǎn)(CDs)作為一類新興的碳基材料，一般指一種準(zhǔn)球形的離散的碳納米顆粒，其尺寸通常<10 nm[32-34]。碳點(diǎn)在光催化應(yīng)用中，除了類似于傳統(tǒng)量子點(diǎn)的光吸收作用，還是一種優(yōu)良的電子介質(zhì)，具有較高的電子電導(dǎo)率和較大的電子存儲(chǔ)容量。這歸因于其sp2石墨碳成分，可以促進(jìn)異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料之間的電子轉(zhuǎn)移，抑制了光電催化中電子-空穴的復(fù)合，提高了催化性能。除此之外，碳點(diǎn)還通過有效地拓展太陽光的響應(yīng)范圍吸收更多的可見光，發(fā)揮了光敏劑的作用。這使得碳點(diǎn)成為目前用作光敏劑的鎘基化合物的理想替代品。碳點(diǎn)還具有上轉(zhuǎn)換光致發(fā)光特性，能夠同時(shí)吸收多個(gè)波長較長的光子，發(fā)射波長較短的光子。碳點(diǎn)作為新興的碳納米材料，憑借其獨(dú)特的物理化學(xué)、光學(xué)和電子特性，在生物傳感、光電子學(xué)、光伏、光催化有機(jī)合成和光催化氨基酸縮合等眾多領(lǐng)域顯示出巨大的發(fā)展勢頭[35-37]。特別是碳點(diǎn)豐富的光學(xué)和電子特性，包括高效光收集、可調(diào)節(jié)光致發(fā)光(PL)、上轉(zhuǎn)換光致發(fā)光和光誘導(dǎo)電子轉(zhuǎn)移，在光催化應(yīng)用方面引起了人們的極大興趣[38-44]。

例如，Wei等利用碳點(diǎn)的強(qiáng)吸收和電子緩沖特性，以及NiS和CdS之間形成內(nèi)部p-n異質(zhì)結(jié)的優(yōu)點(diǎn)，制備了NiS/CdS/CDs復(fù)合材料，較二元雜化催化劑(NiS/CDs和CdS/CDs)相比，具有顯著提高的析氫性能。在雙助催化劑體系中，碳點(diǎn)可以保留其激發(fā)態(tài)光電子，并促進(jìn)其光吸收，說明碳點(diǎn)在其中具有作為電子受體及電子給體的雙重功能的作用[45]。碳點(diǎn)作為反應(yīng)活性位點(diǎn)可以極大地促進(jìn)催化性能，這也是光催化中碳點(diǎn)可以提升活性的一個(gè)重要原因[46]。如Wu等通過酚醛縮合法，將碳點(diǎn)、有機(jī)染料分子原花青素和4-甲氧基苯甲醛組成一種無金屬的光催化劑，在海水中進(jìn)行光合作用產(chǎn)生H2O2。其中，原花青素作為光敏劑將所產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移至滿是反應(yīng)活性位點(diǎn)的碳點(diǎn)上進(jìn)行還原反應(yīng)。結(jié)果表明，復(fù)合物在海水中以1 776 μmol·g-1·h-1的速率光生H2O2，是單體的4.8倍[47]。

3.3 二維材料

2004年，石墨烯的發(fā)現(xiàn)引領(lǐng)了二維材料的快速發(fā)展，開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域[48]。之后科學(xué)家們又探索了大量其他二維層狀材料，如過渡金屬二硫?qū)僭鼗衔?TMD)、過渡金屬氧化物、石墨相氮化碳(g-C3N4)和六方氮化硼(h-BN)等[49-50]。二維材料通常由層內(nèi)強(qiáng)共價(jià)鍵和層間弱范德華力組成，前者導(dǎo)致平面內(nèi)的穩(wěn)定性，后者維持了層狀結(jié)構(gòu)。由于其具有新穎的特性和潛在的多種用途，是研究最為廣泛的材料之一。目前已應(yīng)用于光伏器件、晶體管、光電探測器、光催化、電催化和鋰離子電池等領(lǐng)域[51-52]。

2D結(jié)構(gòu)也展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能，可歸因于2D材料的獨(dú)特性質(zhì)。即：(1)二維層狀材料比表面積比其體相結(jié)構(gòu)更大，能夠?yàn)榇呋磻?yīng)提供更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)；(2)其二維特性通過最小化電子到達(dá)固體/水界面之前必須遷移的距離來分離光生電子和空穴。因此，在光解水產(chǎn)氫中使用二維材料可以提高催化性能[53-54]。2D納米材料作為一種新興的納米材料，在與其他材料結(jié)合時(shí)可以作為一種優(yōu)秀的基底材料，有利于控制所設(shè)計(jì)的光催化劑的形貌，提高光催化性能。近年來，人們采取了多種策略將不同的材料負(fù)載到2D材料表面以提高其活性[55-57]。

2D材料可以與0D量子點(diǎn)材料復(fù)合，作為一種新的構(gòu)筑單元，以制備界面異質(zhì)結(jié)構(gòu)。將量子點(diǎn)半導(dǎo)體與2D納米材料相結(jié)合可以很好地彌補(bǔ)其缺陷，在光催化劑的制備方面顯示出更廣闊的發(fā)展趨勢。這些材料已經(jīng)成功地作為電子介質(zhì)、共催化劑和保護(hù)層與其他半導(dǎo)體材料結(jié)合使用。下面我們圍繞傳統(tǒng)量子點(diǎn)基和碳點(diǎn)基0D/2D異質(zhì)結(jié)分別予以介紹。

3.4 傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)基0D/2D異質(zhì)結(jié)

隨著近幾十年來對(duì)光催化材料結(jié)構(gòu)的深入研究，光催化劑的制備已不再僅僅是通過不同材料的直接結(jié)合來完成。越來越多的人致力于對(duì)材料的微觀形貌控制，根據(jù)不同維度納米結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的精細(xì)調(diào)控，通過構(gòu)筑各種跨維度異質(zhì)結(jié)(如0D/1D，0D/2D，0D/3D，1D/2D和2D/2D等)以完善其物理和化學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)光活性的完美結(jié)合，代表了一個(gè)重要的發(fā)展趨勢[58-63]。

其中0D量子點(diǎn)與2D納米片具有良好的匹配性，可以形成0D/2D異質(zhì)結(jié)來促進(jìn)光生載流子的分離，并協(xié)同二者在光吸收和活性位點(diǎn)的優(yōu)勢[64]。在這里，量子點(diǎn)因其可調(diào)的帶隙和優(yōu)越的光吸收能力等優(yōu)勢而被認(rèn)為是理想的光催化制氫材料之一。0D量子點(diǎn)具有比表面積大、電荷遷移距離短和尺寸易于控制等優(yōu)點(diǎn)。與較大的粒子相比，它們具有更強(qiáng)的氧化還原能力、更大的比表面積和量子限域效應(yīng)，這大大促進(jìn)了它們的光催化應(yīng)用[65-66]。但由于易光腐蝕、自聚集和高光致發(fā)光等特點(diǎn)，限制了其應(yīng)用[67]。2D納米片作為優(yōu)秀的基底，能夠有效避免0D量子點(diǎn)易于團(tuán)聚的缺點(diǎn)，有助于量子點(diǎn)良好地分散在納米片上；2D形貌能夠保持原有的穩(wěn)定性，并賦予其較大的比表面積，大大提高了體系的光催化效率；超薄的2D納米片特性可以加速0D量子點(diǎn)的光生電荷分離和遷移[68]。

近年來報(bào)道了大量0D/2D結(jié)構(gòu)光催化劑，在光催化領(lǐng)域表現(xiàn)出了優(yōu)異的性能。根據(jù)引入2D材料的作用和類型，目前主要的0D/2D復(fù)合光催化劑分為以下三類：(1)促進(jìn)電荷分離型0D/2D復(fù)合光催化劑；(2)助催化劑基復(fù)合光催化劑；(3)半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)型0D/2D復(fù)合光催化劑。

3.4.1 促進(jìn)電荷分離型0D/2D復(fù)合光催化劑

0D/2D復(fù)合光催化劑已經(jīng)得到了快速的發(fā)展，其中量子點(diǎn)和石墨烯納米片的復(fù)合是最成功的例子之一。石墨烯具有優(yōu)越的電子導(dǎo)電性、獨(dú)特的二維結(jié)構(gòu)、大的表面積比和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性等特

點(diǎn)，在和量子點(diǎn)構(gòu)筑納米復(fù)合物后具有出色的電荷轉(zhuǎn)移和分離能力，從而大大提高了光催化活性和穩(wěn)定性。

Fang等[69]和Liu等[70]分別將CdS量子點(diǎn)負(fù)載到石墨烯納米片上，使量子點(diǎn)均勻分布在石墨烯納米片上，有效解決了量子點(diǎn)易于團(tuán)聚而導(dǎo)致的穩(wěn)定性差的問題，從而增強(qiáng)了光催化性能和穩(wěn)定性。Liu等[71]合成了0D/2D石墨烯/CdS量子點(diǎn)納米復(fù)合材料，并通過時(shí)間分辨熒光光譜觀察到光生電子從CdS到石墨烯片皮秒級(jí)的超快轉(zhuǎn)移。光譜分析表明，石墨烯作為電子受體和傳輸介質(zhì)可以顯著降低CdS光催化劑中光生電子和空穴的復(fù)合速率。Zhang等[72]以水熱法制備了TiO2納米片/石墨烯片復(fù)合物為載體，CdSe量子點(diǎn)溶液為前驅(qū)體，通過沉淀法合成了0D/2D CdSe量子點(diǎn)/石墨烯/TiO2三元復(fù)合物。石墨烯的加入拓寬了CdSe量子點(diǎn)的可見光吸收范圍，并利用TiO2納米片作為傳輸電子介質(zhì)實(shí)現(xiàn)了有效的電荷分離。結(jié)果顯示，CdSe量子點(diǎn)/石墨烯/TiO2復(fù)合材料在水中對(duì)亞甲基藍(lán)的降解表現(xiàn)出很高的可見光催化活性和穩(wěn)定性(圖3)。

圖3 (a)MB水溶液在光催化劑存在下不同時(shí)間的吸收光譜變化;(b)光催化劑在可見光照射下降解MB水溶液的光催化活性比較;(c)CdSe-QDs/graphene/TiO2三元復(fù)合材料在可見光下的光催化降解和殺菌機(jī)理[72]。

此外，Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ基量子點(diǎn)與石墨烯的工作之前已有很多報(bào)道。例如，Sun等[73]將Ag摻雜的ZnIn2S4原位合成在還原氧化石墨烯納米片上，這種摻雜方式極大地增加了載流子密度和電荷傳輸效率。同時(shí)，Ag∶ZnIn2S4量子點(diǎn)和RGO之間存在良好接觸的界面，這使RGO成為電子受體和傳輸介質(zhì)，從而有效地延長了光生電荷載流子的壽命。優(yōu)化過的納米復(fù)合材料展現(xiàn)出優(yōu)異的產(chǎn)氫性能并在可見光照射下表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。

3.4.2 助催化劑基0D/2D復(fù)合光催化劑

二維層狀材料還包括過渡金屬化合物，如MoS2、WS2和NiS等，在光催化復(fù)合體系中通常作為助催化劑出現(xiàn)。MoS2由于其在酸性和堿性介質(zhì)中的近零氫吸附能，被認(rèn)為是一種很有前途的電解水和光解水析氫的助催化劑。理論研究表明，電子密度集中在Mo位，有利于吸附質(zhì)子(H+)生成理想的Mo—H鍵。MoS2暴露邊緣上的活性S原子提高了其光/電催化活性[74-75]，Yan等[76]證明MoS2中的不飽和活性S原子可以改善MoS2的電催化性能。圖4(a)顯示了MoS2的微觀結(jié)構(gòu)及其產(chǎn)氫的助催化機(jī)制示意圖。由于配位不同，MoS2分子中S原子的活性不同，單配位紅色標(biāo)記的S原子活性最高，高于雙配位橙色標(biāo)記的S原子活性。

圖4 (a)層狀MoS2中不同配位飽和度硫原子及其吸附氫離子示意圖[77]；(b)CdS/MoS2復(fù)合納米晶界面結(jié)構(gòu)調(diào)控和光催化反應(yīng)示意圖[78]。

Zhang等[78]報(bào)道了4～14 nm的CdS和單層MS2復(fù)合納米晶(M=W或Mo)，光生電子擴(kuò)散到MS2側(cè)邊活性位點(diǎn)的距離非常小，且MS2單層的富硫面選擇性生長于CdS的富Cd(0001)面形成異質(zhì)結(jié)，極大地提高了光生電子空穴在界面處的的分離效率，從而提高了光催化活性(圖4(b))。Lee等[79]在MoS2表面引入CdS量子點(diǎn)形成0D/2D異質(zhì)結(jié)構(gòu)，提高了電化學(xué)分解水的析氫反應(yīng)活性。

Liu等[80]將約4.2 nm的黑磷量子點(diǎn)(BP QDs)錨定在厚度約3 nm的MoS2納米片上。BP的導(dǎo)帶比MoS2更負(fù)，并且由于MoS2價(jià)帶為正，因此半導(dǎo)體被光激發(fā)之后，BP導(dǎo)帶產(chǎn)生的光生電子能夠快速遷移到MoS2的導(dǎo)帶上，同時(shí)光生空穴能夠馬上遷移到BP的價(jià)帶上，有效地加快電荷分離，減少了光生載流子復(fù)合。因此，所制備的BP QDs/MoS2納米化合物分別在可見光和近紅外光照下顯示出優(yōu)異的光降解亞甲基橙能力，分別比單體BP QDs和MoS2高13倍和27倍。

Ning等[81]將0D AgInZnS量子點(diǎn)和2D MoS2納米片結(jié)合起來構(gòu)建0D/2D異質(zhì)結(jié)，并系統(tǒng)地研究了Ag摻雜量、犧牲劑和MoS2助催化劑負(fù)載量對(duì)光催化活性的影響。結(jié)果表明，MoS2納米片的引入使復(fù)合物的AQE達(dá)到41%(400 nm處)，并且復(fù)合物具有40.1 mmol·g-1·h-1的產(chǎn)氫速率。Zhang等[82]使用一種簡單的量子點(diǎn)介導(dǎo)的沉淀方法把Zn-AgIn5S8QD錨定在超薄NiS納米片上構(gòu)筑0D/2D納米復(fù)合材料(圖5)。由于NiS納米片中豐富的活性位點(diǎn)和有效的電荷傳輸而具有明顯的光催化制氫能力，展現(xiàn)出優(yōu)異的產(chǎn)氫能力和穩(wěn)定性。

圖5 Zn-AgIn5S8/NiS復(fù)合物的TEM圖(a)、產(chǎn)氫速率圖(b)和機(jī)理示意圖(c)[82]。

3.4.3 半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)型0D/2D復(fù)合光催化劑

通過將兩種不同能級(jí)位置的半導(dǎo)體材料復(fù)合并發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移的結(jié)構(gòu)稱為異質(zhì)結(jié)，可以加快光生載流子的轉(zhuǎn)移，根據(jù)電荷傳輸路徑可以分為Ⅱ型、Z型、S型等。已有量子點(diǎn)與各種2D半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)復(fù)合，如AgVO3QDs/g-C3N4[83-84]、CdS/ZnO[85]、AgInS2/Ti3C2[86]、Zn-AgIn5S8/g-C3N4[87]和Zn-AgIn5S8/α-Fe2O3[88]等。0D/2D的結(jié)構(gòu)可以將量子點(diǎn)中的光生電子和空穴更好地分離，轉(zhuǎn)移至2D半導(dǎo)體從而達(dá)到高效的電子空穴分離效率。

Niu等[85]設(shè)計(jì)了非晶態(tài)CdS納米顆粒和超薄ZnO納米片構(gòu)成的新型0D/2D CdS/ZnO異質(zhì)結(jié)。分散的CdS納米顆粒能提供與ZnO納米薄片最大的界面接觸并且展露出更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，縮短它們之間的電荷遷移距離，降低載流子復(fù)合率，兩者之間存在協(xié)同偶聯(lián)作用。與純CdS和ZnO相比，CdS/ZnO復(fù)合材料擁有更優(yōu)異的光催化性能。

g-C3N4是研究最為廣泛的二維半導(dǎo)體催化劑，與其他材料結(jié)合時(shí)，可以作為一種優(yōu)良的基底，有利于控制所設(shè)計(jì)的光催化劑的形貌，提高光催化性能。因此，近年來人們采取了許多策略將不同的材料裝載到g-C3N4表面以增強(qiáng)活性[55-56]。其中，0D納米材料由于具有高比表面積和短電荷轉(zhuǎn)移路徑等優(yōu)點(diǎn)，與g-C3N4結(jié)合引起了極大關(guān)注。例如，在AgVO3QDs/g-C3N4光催化劑中，AgVO3QDs在g-C3N4納米片表面具有更好的分散性和更小的尺寸，并且它們之間形成了緊密的0D/2D Ⅱ型異質(zhì)結(jié)構(gòu)，這有助于它們在可見光下具有優(yōu)異的降解性能[83]和沙門氏菌消毒性能[84]。Yang等[87]通過在g-C3N4納米片上原位生長Zn-AgIn5S8量子點(diǎn)制備一系列Zn-AgIn5S8/g-C3N40D/2D納米復(fù)合材料，以改善電荷分離。在該系統(tǒng)中，g-C3N4納米片充當(dāng)?shù)氖请姾赊D(zhuǎn)移介質(zhì)而非光敏單元。經(jīng)過優(yōu)化，當(dāng)g-C3N4的負(fù)載比為10%時(shí)，復(fù)合物最大析氫速率達(dá)到0.35 mmol·g-1·h-1，是純Zn-AgIn5S8QDs的1.39倍(圖6)。

圖6 Zn-AgIn5S8/g-C3N4納米復(fù)合材料上光催化的電荷分離示意圖[87]

針對(duì)Z型異質(zhì)結(jié)，Zhang等[88]通過靜電吸附在正負(fù)Zeta電位下設(shè)計(jì)并合成了0D Zn-AgIn5S8量子點(diǎn)/2D α-Fe2O3納米片復(fù)合體系(圖7)。經(jīng)過優(yōu)化，復(fù)合物的最大析氫速率達(dá)到1.7 mmol·g-1·h-1，是純量子點(diǎn)的3.5倍。采用電子自旋共振測試觀察到，在光照條件下ZAIS/α-Fe2O3檢

圖7 ZAIS量子點(diǎn)、α-Fe2O3納米片和ZAIS/α-Fe2O3-3%復(fù)合物在甲醇中的DMPO-·O2-(a)和在水溶液中的DMPO-·OH(b)的自旋捕獲ESR光譜；(c)ZAIS/α-Fe2O3-3%光催化制氫Z型機(jī)理示意圖[88]。

測到屬于·O2-和·OH的自由基信號(hào)，證明了復(fù)合材料能夠?qū)2還原為·O2-并且能把—OH氧化為·OH，說明ZAIS/α-Fe2O3Z型異質(zhì)結(jié)的成功構(gòu)筑。Qin等[86]在Ti3C2納米片的表面上原位生長具有不同負(fù)載比例的0D AgInS2量子點(diǎn)。該類具有緊密接觸的0D/2D復(fù)合材料可以形成Z型異質(zhì)結(jié)，從而可以加速Ti3C2表面電子的積累。紫外-可見漫反射光譜證明AgInS2量子點(diǎn)的引入拓寬了Ti3C2的吸收邊，使得復(fù)合物在450～800 nm范圍內(nèi)展現(xiàn)出高的光吸收強(qiáng)度，從而增加載流子的活性。

3.5 碳點(diǎn)基0D/2D異質(zhì)結(jié)

碳點(diǎn)由于具有激發(fā)/發(fā)射可調(diào)的光致發(fā)光性質(zhì)，以及上轉(zhuǎn)換發(fā)光、化學(xué)發(fā)光和電化學(xué)發(fā)光等獨(dú)特光學(xué)性能，在光催化領(lǐng)域顯示出巨大的潛力。包括：(1)連續(xù)、寬吸收光譜、強(qiáng)熒光活性、良好的光穩(wěn)定性、可調(diào)的光致發(fā)光和優(yōu)異的光電性能；(2)由于多種原材料和合成方法使碳點(diǎn)具有豐富的表面官能團(tuán)從而擁有優(yōu)異的吸電子/給電子能力；(3)價(jià)格低廉，生物相容性強(qiáng)，對(duì)環(huán)境友好。

與傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)主要作為光吸收單元不同，碳點(diǎn)在增加光吸收、促進(jìn)電荷分離和增加表面反應(yīng)位點(diǎn)等光催化的不同環(huán)節(jié)均展現(xiàn)出優(yōu)異的應(yīng)用潛力，獲得了廣泛關(guān)注[34,89-90]。依據(jù)碳點(diǎn)的作用，碳點(diǎn)基0D/2D光催化劑可以分為增加光吸收型、促進(jìn)電荷分離型、表面反應(yīng)位點(diǎn)型和電荷集儲(chǔ)型四類，下面我們分別予以簡單介紹。

3.5.1 增加光吸收型

圖8 (a)CDs的上轉(zhuǎn)換PL性質(zhì)；(b)可見光下TiO2/CDs的催化機(jī)理[97]。

當(dāng)TiO2/CDs或SiO2/CDs復(fù)合光催化劑經(jīng)過光照射之后，由于碳點(diǎn)的上轉(zhuǎn)換性質(zhì)，能夠發(fā)出較短波長的光(325～425 nm)，進(jìn)而激發(fā)TiO2或SiO2形成電子/空穴對(duì)[98-100]。電子/空穴對(duì)與吸附的氧化劑/還原劑(O2/OH-)反應(yīng)，產(chǎn)生活性氧自由基(·O2-/·OH)，然后進(jìn)行染料降解。當(dāng)碳點(diǎn)附著在TiO2或SiO2的表面上時(shí)，碳點(diǎn)帶邊的相對(duì)位置允許電子從TiO2或SiO2的表面遷移，電子可以沿著碳點(diǎn)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)自由穿梭[101]，促進(jìn)電荷分離，減少光生載流子的復(fù)合(圖8(b))[101]。TiO2或SiO2上壽命更長的空穴證明了這類復(fù)合光催化劑的優(yōu)異活性[97]。

在一些實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)報(bào)道了碳點(diǎn)在各種2D納米片表面的成功沉積[102]。結(jié)果表明，復(fù)合材料的光催化性能得到了提高，這歸因于有效地拓寬了光吸收范圍。Dong等[103]用檸檬酸為碳點(diǎn)前驅(qū)體，采用共沉淀法合成了Fe3O4/WO3/CDs三元納米復(fù)合材料。紫外-可見吸收光譜表明，F(xiàn)e3O4/WO3/CDs復(fù)合材料的吸收峰強(qiáng)度高于Fe3O4/WO3。除此之外，F(xiàn)e3O4/WO3/CDs在紫外區(qū)具有明顯的吸收峰，歸因于碳點(diǎn)中的π-π*躍遷。與Fe3O4/WO3相比，碳點(diǎn)的比表面積增加了90.21%，為反應(yīng)提供了更多的吸附位點(diǎn)，對(duì)提高光催化性能至關(guān)重要。

另外，由于碳點(diǎn)前驅(qū)體的多樣性，所合成的碳點(diǎn)表現(xiàn)出可調(diào)諧的光學(xué)特性，特別是碳點(diǎn)的上轉(zhuǎn)換熒光。材料發(fā)出的光波長比激發(fā)源短，可以把寬帶隙半導(dǎo)體的光吸收范圍延長到可見光區(qū)域，甚至近紅外區(qū)域。Luo等[104]通過水熱法在SnNb2O6超薄納米片上制備了具有上轉(zhuǎn)換特性的氮化碳量子點(diǎn)(CNQDs)。制備的CNQDs/SnNb2O60D/2D納米復(fù)合材料在可見光照射下具有良好的光催化產(chǎn)氫性能(λ>420 nm)。CNQDs的上轉(zhuǎn)換特性使CNQDs/SnNb2O6納米復(fù)合材料具有在波長大于600 nm處光催化產(chǎn)氫的能力。此外，引入的CNQDs可以作為有效的電子捕收劑，促進(jìn)光生載流子的轉(zhuǎn)移，瞬態(tài)光電流響應(yīng)和電化學(xué)阻抗譜證實(shí)了這一點(diǎn)。最后提出了CNQDs/SnNb2O6納米復(fù)合材料光催化分解水制氫的機(jī)理(圖9)。

圖9 (a)CNQDs在不同激發(fā)波長下的PL光譜；(b)CNQDs的上轉(zhuǎn)換PL譜；(c)CNQDs/SNO納米復(fù)合材料可見光催化產(chǎn)氫機(jī)理研究[104]。

3.5.2 促進(jìn)電荷分離型

二維納米結(jié)構(gòu)具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，包括高效的電荷分離、光捕獲能力以及可調(diào)諧性。與2D半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)相結(jié)合，碳點(diǎn)作為優(yōu)良的電子受體，其獨(dú)特的電子轉(zhuǎn)移性和良好的穩(wěn)定性使其成為一種良好的光催化助催化劑。g-C3N4作為目前研究最為深入的二維半導(dǎo)體催化劑之一，與碳點(diǎn)結(jié)合時(shí)，可以作為一種優(yōu)良的基底，有利于控制所設(shè)計(jì)的光催化劑的形貌，提高光催化性能。因此，近年來人們采取了許多策略將碳點(diǎn)裝載到g-C3N4表面以增強(qiáng)活性。其中，碳點(diǎn)由于具有光捕獲能力以及可調(diào)諧性和短電荷轉(zhuǎn)移路徑等優(yōu)點(diǎn)，與g-C3N4結(jié)合引起了極大關(guān)注[105-107]。

Kang等[108]以CdS為光催化劑、碳點(diǎn)為助催化劑，制備了一系列0D/2D 碳點(diǎn)/硫化鎘(CDs/CdS)復(fù)合材料來作為水/海水中高效制氫的光催化劑。在這種情況下，優(yōu)化過的CDs/CdS在水和海水中的產(chǎn)氫速率分別為6.70 mmol·h-1·g-1和4.64 mmol·h-1·g-1，在420 nm處的AQE分別為19.3%和11.8%。其中，碳點(diǎn)具有良好的活性和穩(wěn)定性，不僅大大提高了電荷分離效率，還能抵御海水中各種離子組分的干擾。

Chen等[109]通過在Bi2WO6納米片上自組裝碳點(diǎn)構(gòu)筑了全光譜響應(yīng)的0D/2D CDs/Bi2WO6異質(zhì)結(jié)構(gòu)，復(fù)合物具有較高的光生載流子分離效率和全光譜吸收。同時(shí)，超薄Bi2WO6納米片特性使得復(fù)合物具有優(yōu)異的光降解能力。密度泛函理論計(jì)算表明，碳點(diǎn)與Bi2WO6之間的互補(bǔ)導(dǎo)電和價(jià)帶邊雜化能明顯提高復(fù)合材料電子-空穴對(duì)分離效率。Liu等[110]制備的三元三維CDs/Bi/TiO2光催化劑，通過精心設(shè)計(jì)的電荷傳輸功能，增強(qiáng)了光催化性能。碳點(diǎn)充當(dāng)有效的電子提取器，以加速電子-空穴對(duì)的分離，并且Bi/TiO2三維骨架的結(jié)構(gòu)極大地促進(jìn)了整個(gè)太陽光譜范圍內(nèi)的光響應(yīng)。與TiO2相比，在全光譜照射下，CDs/Bi/TiO2催化劑對(duì)苯酚和羅丹明B的光催化降解性能大大提高。

Pan等[111]通過簡便的水熱法合成碳點(diǎn)修飾的g-C3N4/TiO2納米異質(zhì)結(jié)。通過熱縮合制備g-C3N4納米片，水熱法合成TiO2納米片，隨后將碳點(diǎn)依次引入到g-C3N4和TiO2的納米片表面。CDs/g-C3N4/TiO2納米復(fù)合材料的產(chǎn)氫量顯著提高，分別比g-C3N4/TiO2、CDs/TiO2和CDs/g-C3N4高12，6，1.5倍。光催化制氫的提高歸因于碳點(diǎn)的眾多優(yōu)越性能，包括它們的大電子存儲(chǔ)容量和有效促進(jìn)光生載流子分離能力，這導(dǎo)致了過氧化氫分解的高催化活性，如圖10(c)所示。

圖10 (a)光催化制氫過程[112]；(b)通過g-C3N4單層產(chǎn)氫和產(chǎn)氧示意圖[113]；(c)CDs修飾TiO2/g-C3N4納米異質(zhì)結(jié)的制氫機(jī)理[111]。

3.5.3 表面反應(yīng)位點(diǎn)型

二維納米片的相對(duì)較大的橫向尺寸為表面反應(yīng)提供了高密度的活性中心。同時(shí)碳點(diǎn)表面含有大量的羥基、羧基和氨基等基團(tuán)，這些基團(tuán)具有優(yōu)異的水溶性和化學(xué)反應(yīng)性。這是碳點(diǎn)優(yōu)越于傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)的特性，為碳點(diǎn)基0D/2D復(fù)合光催化劑提供了更為豐富的結(jié)構(gòu)和功能可調(diào)性。

Yu等[114]首次用碳點(diǎn)和Pt納米粒子作為光催化制氫的雙催化劑來修飾ZnIn2S4納米片。負(fù)載碳點(diǎn)和Pt納米顆粒的ZnIn2S4納米片的產(chǎn)氫速率為1 032.2 μmol·h-1·g-1，復(fù)合物在420 nm處的表觀量子效率為2.2%。其光催化速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于純ZnIn2S4、負(fù)載Pt或者負(fù)載碳點(diǎn)的ZnIn2S4。催化性能的增強(qiáng)是由于碳點(diǎn)具有良好的結(jié)晶性、較強(qiáng)的光吸收、較高的導(dǎo)電性以及碳點(diǎn)作為催化活性位點(diǎn)可以有效地捕獲光生電子從而發(fā)生還原反應(yīng)(圖11)。

圖11 (a)CDs和Pt-NPs在ZIS-MS表面沉積的位置；(b)以三乙醇胺為犧牲劑，在可見光照射下制備的Pt/C-ZIS光催化劑上光催化分解水制氫的機(jī)理[114]。

Bian等[115]在TiO2納米片上負(fù)載碳點(diǎn)，利用碳點(diǎn)的表面官能團(tuán)作為吸附中心來吸附Cr(Ⅵ)。此外，碳點(diǎn)可以捕獲光誘導(dǎo)電子，抑制它們與空穴的復(fù)合。在Cr(Ⅵ)的光還原過程中，CDs/TiO2的活性是純TiO2的5.4倍。CDs/TiO2表面的正電荷有利于Cr(Ⅵ)的選擇性吸附和Cr(Ⅲ)的快速脫附，對(duì)Cr(Ⅵ)的光催化還原和穩(wěn)定性有明顯的促進(jìn)作用。另外，Kang等[116]構(gòu)筑的CDs/g-C3N4復(fù)合材料在λ=(420 ± 20) nm和λ=(580±15) nm時(shí)的表觀量子效率分別為16%和6.3%。與傳統(tǒng)的一步四電子反應(yīng)不同，CDs/g-C3N4光催化劑在可見光照射下通過兩步兩電子反應(yīng)生成氫氣和氧氣。g-C3N4負(fù)責(zé)第一步(光催化生成H2和H2O2)，碳點(diǎn)負(fù)責(zé)第二步(化學(xué)催化H2O2分解)。碳點(diǎn)作為反應(yīng)活性位點(diǎn)使第二階段的H2O2分解和氧氣的生成變得更加容易，從而復(fù)合物也達(dá)到了優(yōu)異的催化性能(圖12)。

圖12 (a)在可見光照射下從水中產(chǎn)生H2和O2的過程；(b)CDots-C3N4分解水的波長相關(guān)QE(紅點(diǎn))；(c)在固定質(zhì)量的復(fù)合催化劑中，不同濃度的CDots(gCDots/g催化劑)的QE；(d)不同負(fù)載量催化劑的QE，恒定CDots在150 mL超純水中濃度為4.8×10-3(gCDots/g催化劑)[116]。

3.5.4 電荷集儲(chǔ)型

碳點(diǎn)是一種優(yōu)良的電子介質(zhì)，不僅具有較高的電子電導(dǎo)率而且還有較大的電子存儲(chǔ)容量，這歸因于sp2石墨碳成分。這促進(jìn)了異質(zhì)結(jié)復(fù)合材料之間的電子轉(zhuǎn)移，抑制了光電催化中電子-空穴的復(fù)合，提高了性能。其他類型光催化劑的光生電子可以穿梭在碳點(diǎn)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)中，從而延緩光生載流子在結(jié)界面的復(fù)合。

例如，Wei等[45]利用碳點(diǎn)的強(qiáng)吸收和電子緩沖特性，將碳點(diǎn)均勻分布在CdS/NiS納米片表面，制備了CdS/NiS/CDs復(fù)合材料，與單一碳點(diǎn)光催化劑和二元雜化復(fù)合物(NiS/CDs和CdS/CDs)相比，具有顯著的促析氫性能?？梢园l(fā)現(xiàn)，碳點(diǎn)既是優(yōu)良的電子給體，又是良好的電子受體和電子儲(chǔ)存單元，能有效地分離電子和空穴。Kang等[117]以碳點(diǎn)為固體電子介質(zhì)進(jìn)行電荷存儲(chǔ)，構(gòu)建了BiVO4/CDs/CdS Z型光催化劑，在可見光下表現(xiàn)出良好的光催化活性和穩(wěn)定性。BCC50復(fù)合物(BiVO4/CDs/CdS，BiVO4/CDs質(zhì)量比為50%)的光催化活性最好，析氫和析氧速率分別為1.24 μmol·h-1和0.61 μmol·h-1。Z型光催化劑的光催化活性的提高可以歸因于碳點(diǎn)有效的電荷存儲(chǔ)從而導(dǎo)致光生載流子的高效分離和傳輸，以及電子和空穴壽命的延長(圖13)。

圖13 Z型BiVO4/CDs/CDs光催化劑分解水機(jī)理[117]

4 總結(jié)與展望

本文闡述了半導(dǎo)體量子點(diǎn)和碳點(diǎn)基0D/2D異質(zhì)結(jié)光催化劑的最新研究進(jìn)展，重點(diǎn)介紹了其構(gòu)筑、應(yīng)用及作用機(jī)制?？傮w而言，0D/2D異質(zhì)結(jié)光催化劑因其廣泛和多學(xué)科的應(yīng)用而得到高度評(píng)價(jià)，有望作為解決各種環(huán)境和能源相關(guān)問題的有力手段，其構(gòu)筑及性能研究已成為光催化領(lǐng)域一個(gè)突出的研究課題，并仍在迅速發(fā)展。

這類0D/2D復(fù)合物綜合量子點(diǎn)和納米片的優(yōu)勢，有效減少了量子點(diǎn)自聚集并且展露出更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，縮短了它們之間的電荷遷移距離，降低了載流子復(fù)合率。量子點(diǎn)有規(guī)整的尺寸組分和表面形貌，對(duì)于機(jī)理的研究和催化設(shè)計(jì)有重要的指導(dǎo)作用。而2D材料具有快速的電荷傳輸和豐富的活性位點(diǎn)的優(yōu)勢。二者的結(jié)合為光催化機(jī)理的闡釋和高性能催化劑的開發(fā)提供了一種豐富的創(chuàng)新平臺(tái)。其中，傳統(tǒng)半導(dǎo)體量子點(diǎn)主要作為光吸收單元，和各個(gè)類型的2D材料進(jìn)行復(fù)合，發(fā)展相對(duì)成熟，機(jī)理研究也比較深入。根據(jù)引入的二維材料及其作用機(jī)理，已經(jīng)開發(fā)出電荷分離型0D/2D復(fù)合光催化劑、助催化劑基0D/2D復(fù)合光催化劑和半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)型0D/2D復(fù)合光催化劑。而碳點(diǎn)除光吸收外，還有促進(jìn)電荷分離、增加表面活性位點(diǎn)和電荷集儲(chǔ)等功能，據(jù)此碳點(diǎn)基0D/2D復(fù)合光催化劑可分為增加光吸收型、促進(jìn)電荷分離型、表面反應(yīng)位點(diǎn)型和電荷集儲(chǔ)型。

目前量子點(diǎn)和碳點(diǎn)基0D/2D異質(zhì)結(jié)光催化劑相關(guān)的報(bào)道很多，但是深入的催化劑設(shè)計(jì)和界面機(jī)理研究仍需要更多的探索。在這些0D/2D異質(zhì)結(jié)光催化劑能夠用于商業(yè)應(yīng)用之前，仍然存在一些需要解決的問題和難點(diǎn)。

(1)量子點(diǎn)的形貌和尺寸在決定其性能和選擇性應(yīng)用方面起著關(guān)鍵作用，開發(fā)簡便、低成本和綠色的量子點(diǎn)合成方法，實(shí)現(xiàn)更多量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)和尺寸精確控制至關(guān)重要。

(2)二維納米材料領(lǐng)域發(fā)展迅猛，新型超薄二維納米材料不斷涌現(xiàn)，探索兼容新型二維納米材料的整合以及0D/2D復(fù)合體系界面結(jié)構(gòu)調(diào)控仍是一個(gè)挑戰(zhàn)性的課題。

(3)載流子動(dòng)力學(xué)研究對(duì)于高效0D/2D異質(zhì)結(jié)光催化劑設(shè)計(jì)至關(guān)重要，但現(xiàn)在仍然局限于瞬態(tài)吸收和時(shí)間分辨熒光等粒子內(nèi)的光物理復(fù)合過程，面向?qū)嶋H催化過程的原位或?qū)崟r(shí)載流子動(dòng)力學(xué)研究仍比較缺乏。

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