采用飞秒-微秒级的时间分辨X射线吸收技术，由于能够实时探测均相和非均相光催化系统中的电子结构和几何结构，对光化学反应机理的理解产生了巨大影响。时间分辨的X射线吸收技术可以像照相机一样“抓拍”电荷转移以及动态的电子和几何结构，以“分子电影”的形式清楚地显示太阳能转换的整个过程。

有鉴于此，中国科学技术大学熊宇杰教授和Chao Gao等人，综述了时间分辨X射线吸收技术及其在光催化系统研究中的应用研究进展。

本文要点

1）首先，具体总结了吸光单元激发态的动态电荷动力学和结构变化。然后解释了光吸收单元和催化位点之间的电荷转移行为。之后，阐述了光化学过程中催化单元的几何和电子变化，以及完整的反应路径和限速步骤的关键信息。捕获光物理和光化学过程在时间尺度上的动态电子和几何变化，为设计先进的太阳能转换系统提供了指导。

2）概述了时间分辨X射线吸收技术对光催化领域中各种材料的研究，包括金属络合物，金属氧化物，钙钛矿材料，甚至是等离子体金属作为光吸收单元或催化位点。除了各种无机半导体外，还会有更多的有机聚合物光催化剂进行TR‐XAS研究，例如金属有机骨架(MOF)，共价有机骨架（COF），共价三嗪骨架（CTF）和共轭微孔聚合物（CMP）。在光诱导过程中发生的电子和结构动力学已经在时间和空间上可视化。

3）时间分辨X射线吸收技术对光催化制氢的研究已日趋成熟，而对光催化还原CO₂的研究仍处于早期阶段。而且，时间分辨X射线吸收技术的研究应从均相系统扩展到异相系统。另外，时间分辨X射线吸收技术还可以在其他太阳能转化和能源回收应用中得以利用，例如光催化N₂还原和CH₄氧化。结合理论模拟，时间分辨X射线吸收技术可以为提高能量转换效率和机理研究提供指导。

参考文献：

Yangguang Hu et al. Time‐Resolved X‐Ray Absorption Spectroscopy: Visualizing the Time Evolution of Photophysics and Photochemistry in Photocatalytic Solar Energy Conversion. Solar RRL, 2020.

DOI: 10.1002/solr.202000468

https://doi.org/10.1002/solr.202000468