近年来，光催化水分解引起了广泛的关注，而析氧反应（ORR）是其中的决定性步骤，因为光催化裂解水具有复杂的四电子反应过程。尽管已经进行了许多研究，但是有必要系统地总结和介绍关于光催化ORR的研究进展。

有鉴于此，中国地质大学张以河教授、黄洪伟教授等人综述了近年来光催化水分解析氧反应研究进展。

本文要点

1）首先，介绍了基于光催化分解水原理的ORR原理和亟待解决的问题。然后，重点介绍了几种经典的水氧化光催化剂，包括TiO₂、BiVO₄、WO₃、α-Fe₂O₃，以及一些新近开发的催化剂，例如钙钛矿，卟啉，金属-有机骨架等，并对其晶体结构、合成方法和形貌进行了详细介绍。然后，提出了通过增强光吸收和电荷分离来提高ORR活性的多种策略，包括负载协同催化剂、构建异质结结构、掺杂和空位形成等策略。最后，提出了光催化氧化技术面临的主要挑战和发展前景。

2）近十年来，虽然已经开发出一系列的析氧光催化剂，但要真正实现工业应用还有很长的路要走。光催化析氧催化剂效率低，物理化学稳定性差，尤其是大多数光催化析氧催化剂需要牺牲剂和辅助催化剂的存在，这无疑也增加了工业应用的经济成本。在未来，需要更多的努力:i）开发高效的水氧化光催化剂仍是目前的研究重点，钙钛矿在光催化ORR中具有巨大的潜力。首先，这些钙钛矿如Bi₄NbO₈Cl的VB主要由O 2p轨道占据。这使得它们不容易被光生空穴腐蚀，从而显示出高的光化学稳定性。其次，这类材料的合成方法多种多样，制备过程灵活，易于优化光催化性能。此外，钙钛矿具有不同的组成，这使得可调的光吸收或带隙和光催化ORR活性。因此，基于晶体结构和能带结构的合理设计策略有望在将来产生高性能的钙钛矿催化剂。ii)目前，提高ORR性能的策略主要是通过提高光吸收能力和电荷分离效率来实现的，，而对表面催化反应的研究很少。实际上，光催化剂的反应位点与反应物的吸附和反应活化能密切相关。例如，表面缺陷的构建可以明显丰富光催化剂的活性位点。因此，探索ORR的催化活性位点有望成为未来的研究重点之一。iii）大多数报道的工作主要集中在提高光生电荷载流子的分离效率，以达到改善ORR性能的目的。然而，在光催化反应过程中，对光催化剂的物理化学稳定性的关注较少，而实际情况是，大多数合成材料的物理化学稳定性通常受许多因素的影响，例如合成路线和条件。此外，一些ORR光催化剂易于被光生空穴的自毒，导致光反应后失活。因此，需要开发有效的策略来改善ORR光催化剂的化学和物理化学稳定性。此外，还应考虑发生还原和氧化反应的空间间隔，这可以有效地抑制通常在光催化剂表面发生的逆反应。

参考文献：

Sen Lin et al. Photocatalytic Oxygen Evolution from Water Splitting. Advanced Science, 2020.

DOI: 10.1002/advs.202002458

https://doi.org/10.1002/advs.202002458