金属纳米晶体（NCs）操纵光，捕获电荷载流子并富集光氧化还原反应的活性位点的能力在构建金属-半导体异质结构(MSHs)以实现太阳能-化学生产方面受到了广泛的关注。

有鉴于此，辛辛那提大学Chuang Han和武汉科技大学Lan Yuan等人，介绍了对MSHs的结构，性质，催化相互作用的理解。首先展示了基本原理，包括MSH介导的光氧化还原催化的基本概念和关键见解。重点关注与MSH介导的光氧化还原催化相关的关键光物理/光化学过程的最新技术进展，然后重点介绍了高性能MSH的设计参数。然后，讨论了MSHs在太阳能转换中的应用，特别是一些新兴的反应类型。

本文要点

1）首先，需要更深入的研究来进一步了解MSHs驱动的光催化的光物理和光化学性质。先前的研究已经描述了几种MSHs驱动催化作用的增强机制。然而，通过实验区分不同的机制并揭示它们的相对作用仍然是一个挑战，这在未来的研究中需要更多的关注。此外，为了确定MSHs的最佳几何形状和组成，需要开发预测性理论模型和实验表征技术，以提供对激发态或吸附态电子结构、反应途径、载流子和电磁场分布的可靠分析。第二，由于可见光和近红外光占太阳能的90%左右，因此迫切需要更有效地利用阳光来解决环境和能源危机。未来的工作应该转移到设计可以充分利用太阳光谱的新型异质结上，从紫外线到可见光和近红外光。为此，将不同类型的光子纳米结构（例如光子晶体，光腔或微球介电材料）与金属纳米网络集成在一起，以进一步实现更有效的光捕获和操纵，是一种很有前途的策略。此外，在实际应用中，有必要减少贵金属的利用或提高原子利用效率。

2）第三，尽管MSHs光氧化还原催化的应用已经扩展到各种反应中，但反应类型仍然有限，尤其是有机合成。目前，MSHs在有机合成中的应用主要集中在醇类、胺类、烃类的选择性氧化以及硝基、酮类化合物的加氢。交叉偶联反应、对映选择性转化、环加成反应或其他新型转化需要更多的努力。此外，有必要系统地探索影响不成功反应类型和范围的关键因素。最后，已报道的研究，特别是对于经历热电子注入机理的反应，通常导致非常有限的效率提高。迫切需要探索一种新的、更有效的热载流子产生或能量转移途径。一方面，可以进一步开发基于SPR效应与半导体光激发耦合的反应系统，以实现有效的PICTT和光捕获。另一方面，MSH可以根据“过程强化工程”策略进行设计和优化。

参考文献：

Lan Yuan et al. Metal‐Semiconductor Heterostructures for Photoredox Catalysis: Where Are We Now and Where Do We Go?. Advanced Functional Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adfm.202101103

https://doi.org/10.1002/adfm.202101103