利用經濟、清潔的太陽能進行光催化有機合成，可以顯著降低化石能源消耗和環境汙染。但現階段光催化合成化學仍存在轉化率低、選擇性差的問題。通過引入空位，功能改性，結構雜化和結構畸變等表面缺陷工程設計高效的二維（2D）光催化劑是提高轉化效率和相關光催化反應選擇性的有效策略。
近日，中科大謝毅院士，張曉東教授等人綜述了近年來表面缺陷工程在二維光催化劑有機合成中的作用。詳細介紹了一系列有機反應和CO2轉化為有價值的有機化合物及其相應的機理，闡明瞭引入的缺陷與催化性能之間的關係。最後，作者提出了通過表面缺陷工程設計有機合成高效二維光催化劑的難題和挑戰以及可能的解決方案。
首先以二維半導體基光催化劑為例，綜述了空位、功能修飾、雜化結構和結構畸變四種表面缺陷工程策略。這些引入的缺陷對光催化有機反應具有積極的作用，如擴大光吸收範圍，促進電子-空穴的分離和傳輸，調節光致激子過程，促進氣體吸附和活化過程，這些都是光催化過程中的關鍵步驟。
其次在光催化有機反應方面，綜述了醇轉化為醛、硫醚轉化為亞碸、胺轉化為亞胺、CO2轉化為甲醇、甲烷和碳酸二甲酯等一系列受缺陷工程策略影響較大的光催化有機反應。同時，詳細闡述了不同反應的相應機理，以便更好地理解整個光催化過程。
最後認為藉助高效的2D光催化劑，通過溫和條件下的光催化有機反應有望代替傳統高溫高壓下且具有巨大能耗和環境汙染的工業有機合成。
展望：
儘管缺陷二維光催化劑取得了巨大進展，但仍有許多困難和挑戰需要解決。例如，在某些條件下，缺陷可能在光催化過程中作為電子-空穴對的可能複合中心。因此，準確瞭解缺陷在不同催化劑中的作用是極其重要的。通過藉助ESR、X射線光電子能譜和STEM等有效表徵技術，以及對二維光催化劑中的各種表面缺陷進行研究，對改善光催化活性有的關鍵作用。然而，現有的表徵技術只能證明缺陷的存在，很難闡明各種缺陷的種類和濃度以及它們對應的局部原子環境。從這個意義上講，缺陷的精確表徵和在催化過程中其功能的深刻闡明仍然具有挑戰性。
此外，基於理論計算的模擬模型並不能反映催化劑的真實結構。因此，先進的技術，特別是原位觀察，有希望進一步增進光催化過程中的活性位點和催化機理的理解。這對於材料缺陷結構設計，以及在總體上促進材料科學研究具有重要的價值。
最後，通過宏觀調整均值來調整微觀結構以獲得特定的單形仍然是一個挑戰。引入缺陷的位置，濃度和類型都取決於大量的外部條件和材料的固有特性，這將直接決定光催化性能。因此，
開發更先進的表徵技術對於精確設計二維材料中的缺陷結構至關重要，這有助於減少催化過程中的負面影響，如缺陷作為電子-空穴對的複合中心。
相關成果發表在《Matter》雜誌上（DOI：10.1016/j.matt.2020.02.006）。
由催化計總結，若有不妥，請聯繫！
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