光催化是将太阳能转化为化学能的一种很有前途和方便的方法。然而，光催化仍然面临着太阳能转换效率低的问题。高效，低成本地开发最先进的光催化剂是一个巨大的挑战。过渡金属氮化物（TMN）作为一类金属间充型化合物在光催化应用中引起了极大的关注。实际上，TMN在各种光催化系统中表现出多功能特性。

有鉴于此，中国科学院宁波材料技术与工程研究所杨明辉研究员和Siqi Liu等人，对近年来基于TMNs的材料在各种光催化应用方面的研究进行了综述。

本文要点

1）系统地讨论和总结了TMNs材料在光催化系统中的不同作用，包括半导体活性成分，助催化剂，带间激发和表面等离子体共振组分。还讨论了进一步改善基于TMNs的光催化材料性能的基本原理，最新进展和新兴机会。最后，对TMN在光催化领域的进一步研究提出了展望。

2）然而，在实际应用中实现高性能TMN催化剂仍然面临许多挑战。展望未来的研究方向。首先，已经开发了几种通用且可扩展的策略来制备TMN催化剂。但是，要实现具有可控形态和精确组成的TMN的大规模，可重复合成仍然是一个巨大的挑战。第二，尽管理论上很简单，但是实际的光催化过程非常复杂，仍然不清楚。应该对TMN进行更多的理论研究和原位表面化学研究，以进一步了解反应。这将有助于进一步改善和优化未来的催化剂设计。第三，光催化技术很有吸引力，但是大多数基于TMN的半导体仍然具有非常低的光转换效率，需要加以改进。过渡金属元素在氮化物化合物中的不同组合将开辟可能性。如果改变它们的形貌，并确保优化组成和尺寸(如使用协同效应)，光催化性能将进一步得到改善。此外，氮化物氧化物层或其他杂质的存在，使理解反应机理变得困难。为了深入理解这一点，需要进行杂质去除、原位表征技术和计算研究。第四，在特定反应条件下TMN的长期稳定性要求仍未得到充分探讨。目前关于半导体和助催化剂光催化反应的报道主要集中在还原过程。由于TMN的性质，实验结果通常显示出相当长的长期稳定性。但是，关于TMN在氧化过程中的长期稳定性的报道很少。实际上，这仍然是一个令人担忧的问题，这可能是由于在富氧环境下形成的表面亚稳态所致。值得注意的是，MXene的稳定性在大多数情况下优于TMNs。因此，仍需要研究和探索能够使TMN在氧化过程中长期稳定的方法。最后，与其他材料相比，TMN研究是一个相当小的领域，其某些功能，作用和应用需要进一步的开发和研究。例如，贵金属性质、SPR、载体效应、有机反应等特性为进一步研究提供了很大的潜力。

参考文献：

Zhixing Cheng et al. Recent Advances in Transition Metal Nitride‐Based Materials for Photocatalytic Applications. Advanced Functional Materials, 2021.

DOI: 10.1002/adfm.202100553

https://doi.org/10.1002/adfm.202100553