針對該綜述文章的主要觀點，以及太陽能驅動催化技術的科研、應用現狀及展望，Cell Press特別邀請該文章的通訊作者——北京大學化學與分子工程學院/工學院教授馬丁接受了專訪。

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Cell Press：您在本篇綜述中詳細闡述了太陽能驅動催化過程。您認為與傳統熱催化比較，太陽能驅動催化技術的優勢主要體現在哪些方面？

馬丁教授：與傳統熱催化相比，我認為光（熱）催化技術的優勢主要表現在以下三個方面：①驅動催化反應的能量形式的轉變：由傳統的化石能源轉變為綠色經濟的太陽能，這樣既降低了溫室氣體的排放，節約了成本，又符合當下可持續發展的戰略要求；②溫和的催化條件：通過光催化技術，使得一些反應在常溫常壓的條件下就可以進行：如水分解、CO2還原、甲烷活化、合成氨反應等；③催化反應路徑的改變：結合近幾年的研究成果不難發現，光照可以降低某些催化體系中限速步驟的能壘，或是改變反應中間體在催化劑表面的吸脫附行為，從而改變反應選擇性。因此與熱催化相比，催化劑在太陽能驅動條件下可以表現出較高的活性和理想的選擇性。

Cell Press：近年來，太陽能驅動催化技術方面的國內外科研進展如何，取得的主要成果有哪些？

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馬丁教授：自從日本科學家Honda和Fujishima在1972年發現TiO2電極可以通過光電催化將水分解為氫氣和氧氣后，人們探索光催化反應的序幕就此拉開。近十幾年來，環境污染和能源危機等問題的日益加劇，使得光催化相關的研究領域迅速發展，并取得了諸多突破性的研究成果。按照光催化劑結構和光催化反應的特點，我認為近幾年國內外的主要成果分為以下幾類：

• 金屬以及金屬碳化物納米粒子的等離子體效應在光催化和光熱催化反應中的應用；

• 功能化的半導體、MOFs、COFs和金屬配合物高效催化CO2還原和水分解；

• 提升電荷分離效率的非貴金屬助催化劑，Z-Scheme復合型光催化劑的發展；

• 新型二維光催化劑的發展，如氮化碳（C3N4）、過渡金屬碳/硫化物、水滑石（LDH）、鹵氧化鉍（BiOX）、鈣鈦礦氧化物（perovskite oxide）等。

太陽能驅動催化類型

Cell Press：您在文中也提到，太陽能驅動催化技術仍面臨很多挑戰，如催化反應器的設計等。除此之外，還有哪些瓶頸亟待突破？

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馬丁教授：除了文中提到的挑戰外，我認為目前太陽能驅動光催化反應還存在以下三個瓶頸問題需要解決：

1. 效率：一般來說，常溫常壓下光催化反應的效率還普遍處于較低水平。比如，在用水做電子供體的CO2還原反應和無犧牲劑參與的光解水同步產氫產氧反應中，大多數光催化劑的活性依舊在μmol/g·h的量級。因此，效率低是光催化反應面臨的主要問題，也是限制其工業應用的關鍵；

2. 光（熱）催化條件下的原位表征：隨著近幾年原位電鏡和光譜技術的發展，一些催化反應可以在原子和分子尺度進行觀測。然而，光催化反應過程中涉及原位表征的研究依舊較少。因此，對于多功能原位池的設計并應用于揭示光催化反應中的關鍵問題是目前的迫切需求；

3. 穩定性：與熱催化相同，光（熱）催化反應中也存在著催化劑穩定性差的現象。比如活性組分易流失、中毒等，從而造成催化劑失活。因此考察催化劑失活的原因以提高其穩定性也是目前的研究重點和難點。

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Cell Press：您認為未來光（熱）催化是否有望全面取代傳統熱催化？

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馬丁教授：與傳統熱催化相比，光熱催化技術盡管表現出了很多優勢，同時也存在很多不足之處。比如說：①目前的光熱催化實驗基本都是以氙燈光源的輻照下進行的，而室外的太陽光存在強度低和輻照不穩定兩個限制因素；②光熱催化需要催化劑自身對光有較強的吸收，淺色催化劑的量子效率將大打折扣；③光熱催化目前還不能與熱催化一樣精確控制反應溫度。因此，我認為光熱催化可以在某些反應中比熱催化更經濟更有效，但未必能全面取代熱催化。光（熱）催化反應會在熱催化存在短版的過程中和熱催化互補，未來一定會共生共存，甚至在一些過程中可以形成接力關系。

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Cell Press：能否介紹下近年來圍繞光催化，您的團隊取得了哪些科研進展？下一步還將聚焦哪些方向？

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馬丁教授：近幾年來，圍繞光（熱）催化，我的研究小組和合作者主要在光熱催化費托合成、光催化甲烷活化及光解水產氫三個方向展開研究工作。

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首先，在光熱催化費托合成方面，我們以Fe5C2催化劑實現了在光照條件下50%的CO轉化率，并高選擇性生成了低碳烯烴 (Chem, 2018, 4, 2917）；同時，與合作者一起基于水滑石前驅體制備的Ni基及Fe基催化劑分別先后實現了光熱條件下對C2+及低碳烯烴的高選擇性生成（Angew. Chem., 2016, 55, 4215, Adv. Mater., 2018, 30, 1803127）。

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其次，針對甲烷活化困難這一世界難題，我們和合作者構建了氧化鈦負載高度分散的氧化鐵團簇催化劑。以過氧化氫為氧化劑，在光照條件下實現了甲烷一步活化高選擇性制甲醇的路徑（Nat. Catal., 2018, 1, 889）。

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另外，在光解水產氫的研究中，我們設計合成了石墨烯面內摻雜六方相氮化硼（h-BN）疇區材料，并在光解水產氫中表現出了顯著高于其他方式B、N摻雜石墨烯的產氫活性（Chem. Mater., 2017, 29, 2769）。

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下一步我們在光（熱）催化方向會聚焦在以下兩個方面：首先是設計更加高效的光（熱）催化雙功能催化劑（具備光熱轉化能力和催化性能），進而催化轉化CO2，CH4這類溫室氣體甚至工業廢氣等，得到具有高附加值的多碳烷烴或烯烴和高值化學品；其次我們會嘗試通過原位表征等手段如來揭示光（熱）催化的機理，為下一步的研究提供理論依據。