光生载流子的有效分离在光催化反应中起着至关重要的作用。除了光催化的内在驱动力之外，产生增强效应的外场可以为光催化系统提供额外的能量，作为分离光生电荷的额外动力，从而提高整体催化效率。在有利的非接触条件下，探索与纯光催化或光电催化不同的外场效应，可以拓宽光催化技术的应用范围。

有鉴于此，中国科学院理化技术研究所张铁锐研究员和澳大利亚科廷大学贾国华教授、辽宁科技大学罗旭东教授、韩露副教授等人，综述了四种典型的非接触外部场(即热场、磁场、微波场和超声场)及其在光催化中的耦合作用。

本文要点

1）重点介绍了各外场协同作用的机理和特点及其对催化体系性能的耦合作用。首次区分和定义了非接触外场提供的电荷分离驱动力和传统的电荷分离驱动力。讨论了非接触外场驱动的光催化技术面临的挑战和发展前景。

2）外场辅助光催化作为一种综合策略，可以将更多的能量引入光催化体系，为光生电荷的分离提供强大的驱动力，从而显著提高光催化活性。在有效分离电子和空穴的基础上，讨论了由非接触外部场驱动的光催化反应，着重于热，磁，微波和超声场的机理和特性以及多个能量场的耦合。非接触外部场的引入可以提供一种均匀，无创且实时的方式来控制电荷分离，这可以在保持材料固有活性的同时显着提高光催化性能。尽管场辅助光催化增加了系统的复杂性并引入了诸如材料表征，偶联机理等新问题，但是这种跨学科方法具有独特的优势，可以补充和扩展传统的光催化。

3）这一新兴领域值得深入研究，未来的挑战和研究方向应集中在以下几个方面：（i）热场作为基础场的经典代表，在有效分离光生载流子、提高光催化活性方面发挥着重要作用。因此，热场表征技术和先进反应器的设计需要进一步探索。（ii）磁场辅助光催化是非接触外场和光催化反应相结合的模型。有机和2D材料的磁场辅助驱动的发展不仅代表了新型光催化材料的充分利用，而且还代表了磁耦合理论（如自旋极化）的扩展和应用。（iii）微波作用于光催化过程时，它们可以发挥其独特的优势，对光催化产生各种影响，并大大提高外场耦合的应用价值。（iv）作为一种简单实用的非接触式外场，超声波可以为光催化反应提供连续稳定的能量来源。因此，在探索超声与光催化的结合时，有必要进一步加深对超声及其他应用领域机理的认识，为单一外场和多场耦合光催化提供可能性。（v）在由多个能量场耦合驱动的光催化系统中，由于每个场的发展水平和与光催化的耦合程度不同，因此在实际操作中可能存在相容性问题。（vi）需要探索一些原位表征和检测方法，以进一步确定在复杂的外场环境中催化剂中光生电荷的分离和迁移。

总之，该工作能够为外场辅助光催化的研究和发展提供参考，并为外场耦合增强光催化从而提高催化效率的深入研究提供启示。

参考文献：

Xibao Li et al. Recent Advances in Noncontact External-Field-Assisted Photocatalysis: From Fundamentals to Applications. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.0c05354

https://doi.org/10.1021/acscatal.0c05354