催化反應

古代人們利用酶釀酒；

中世紀時期，煉金術士利用硝石將硫磺轉化為硫酸；

十三世紀，人們利用硫酸將乙醇轉化為**；

十九世紀，工業革命推動科學技術的發展，人們陸續發現了大量的催化現象，催化反應普遍存在于自然界中，遍及化學反應的各個領域。

直到1835年，由瑞典化學家Berzelius在其“三元論”基礎之上提出來“催化”一詞［1］。

催化反應因其所消耗的能量不同而分為熱催化、光催化和電催化等，光電催化及光熱催化等催化反應類型屬于交叉學科的產物。

將熱催化和光催化結合起來的光熱催化策略在近年來開始嶄露頭角，這篇文章我們將一起來探討熱催化、光催化及光熱催化三者的區別與聯系。

熱催化

熱催化，也可稱作催化，屬于傳統催化領域，在與其他催化反應交叉時，為區別催化反應類型和反應機理，會特別注明為熱催化。

熱催化主要是通過加熱為催化反應體系提供跨越熱力學能壘的能量，激發反應物向產物的轉化，催化效率高。

熱催化反應在社會發展中起到舉足輕重的作用，石油加工、化學工業和制藥工業等領域發展，均依托于催化技術。在能源消耗枯竭和環境問題日益顯著的今天，需要開發低成本且環境友好的催化技術。

光催化

光催化則是利用光生載流子來催化反應，反應機理和路徑與熱催化不同，反應條件溫和，易操作，與傳統催化發展三百余年的歷史相比，光催化是比較年輕的新型催化反應類型。

光催化作為一種將豐富的太陽能轉化為化學能的技術手段，其歷史可以追溯到1972年，Fujishima和Honda［2］**報道了光照n型半導體TiO2電極會導致水分解產生氫氣和氧氣，這一現象的發現激發了學術界對光催化的研究熱情，自此光催化技術成為熱點研究內容。

從長期來看，太陽能應該是可再生能源的主要來源，因此光催化技術近些年得到了迅猛發展，也在諸多研究領域中嶄露頭角，如光解水制備H2［3,4］、CO2還原［5,6］、降解廢水或空氣中的污染物［7,8］和人工光合成［9,10］等。

光熱催化

近幾年來，伴隨著催化研究的逐漸深入和跨領域交叉學科的興起，將兩種或多種手段進行復合，如熱催化、光催化和電催化等有效結合構成的協同催化手段，受到越來越多科研工作者的關注。其中光熱催化是近些年來學者們提出的一種集光催化與熱催化為一體的新型技術，光熱催化反應既可提高催化反應的效率，又能將低密度的太陽能轉變為高密度的化學能。

一般來說，如果一個反應涉及光、熱和催化轉化，則可視為光熱催化。

光熱催化可分為三大類：

①熱輔助光催化反應，主要由光驅動，催化劑本身不具備熱催化活性，熱能有助于進一步降低光催化的表觀活性能；

②光輔助熱催化反應，熱能是整個反應的主要驅動力，光輻射主要起到提高局部溫度的作用，光化學效應可能同時存在；

③光熱耦合催化，光熱效應釋放的熱量可以促進反應過程，光化學效應提升表觀活性，熱化學和光化學協同作用不僅僅是兩種反應的簡單相加，而是超過了光催化和熱催化活性的總和。

如何區分光催化、光電催化和光致熱催化

參考文獻

[1] Roberts M W. Chiral reactions in heterogeneous catalysis (1975-1999) [J]. Catalysis Letters,2000, 67 (1): 63-65.

[2] Fujishima A, Honda K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode [J].Nature, 1972, 238 (5358): 37-38.

[3] Maeda K, Domen K. Photocatalytic water splitting: recent progress and future challenges [J].Journal of Physical Chemistry Letters, 2010, 1 (18): 2655-2661.

[4] Kitano M, Hara M. Heterogeneous photocatalytic cleavage of water [J]. Journal of Materials Chemistry, 2010, 20 (4): 627-641.

[5] Nea?u ?, Maciá-Agulló J A, Garcia H. Solar light photocatalytic CO2 reduction: general considerations and selected bench-mark photocatalysts [J]. International Journal of Molecular Sciences, 2014, 15 (4): 5246-5262.

[6] Maeda K, Kuriki R, Zhang M, etc. The effect of the pore-wall structure of carbon nitride on photocatalytic CO2 reduction under visible light [J]. Journal of Materials Chemistry A, 2014,2 (36): 15146-15151.

[7] Chong M N, Jin B, Chow C W, etc. Recent developments in photocatalytic water treatment technology: a review [J]. Water Research, 2010, 44 (10): 2997-3027.

[8] Ahmed S, Rasul M G, Martens W N, etc. Heterogeneous photocatalytic degradation of phenols in waste water: a review on current status and developments [J].Desalination, 2010,261 (1–2): 3-18.

[9] Morris A J, Meyer G J, Fujita E. Molecular approaches to the photocatalytic reduction of carbon dioxide for solar fuels [J]. Accounts of Chemical Research, 2009, 42(12): 1983-1994.

[10] Roy S C, Varghese O K, Paulose M, etc. Toward solar fuels: photocatalytic conversion of carbon dioxide to hydrocarbons [J]. ACS Nano, 2010, 4 (3): 1259-1278.

[11] Hoch, L.B., Wood, T.E., O, Brien, P.G., Liao, K., Reyes, L.M., Mims, C.A., and Ozin, G.A.(2014). The rational desiqn of a single-component photocatalyst for gas-phase CO2 reduction using both UV and visible light. Adv. Sci. 1,1400013.

[12] Zhang, H., Wang, T., Wang, J., Liu, H., Dao, T.D., Li, M., et al. (2016). Surface-plasmon- enhanced photodriven CO2 reduction catalyzed by metal-organic-framework-derived iron nanoparticles encapsulated by ultrathin carbon lavers. Adv. Mater. 28,3703-3710.

[13] Li, Z., Liu, J., Zhao, Y., Waterhouse, G.I.N., Chen, G., Shi, R., Zhang, X., Liu, X., Wei, Y., Wen, X.-D., et al. (2018). Co-based catalysts derived from lavered-double-hydroxide nanosheets for the photothermal production of light olefins. Adv. Mater. 30,1800527.

[14] Song, C., Liu, X., Xu, M., Masi, D., Wang, Y., Deng, Y., Zhang, M., Qin, X., Feng, K, Yan, J., et al. (2020). Photothermal conversion of CO2 with tunable selectivity using Fe-based catalysts: from oxide to carbide. ACS Catal. 10,10364-10374.

[15] Xu, C.Zhang, Y., Pan, F., Huang, W., Deng, B., Liu, J., Wang, Z., Ni, M., and Cen, K. (2017). Guiding effective nanostructure design for photo-thermochemical CO2 conversion:from DFT calculations to experimental verifications. Nano Energy 41,308-319.