第一作者：朱海博士、蔡思
通訊作者：黃羽教授、金士威教授、夏帆教授
通訊單位：中國地質大學（武漢）、中南民族大學
DOI：10.1021/acscatal.1c04049
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潤濕性和光催化是界面科學中的兩個重要性質。通過對表面的潤濕性進行調控，光催化的性能或應用也隨之變化。在此綜述中，我們總結了自然界中具有特殊潤濕性的生物體（如魚鱗，貽貝，荷葉，玫瑰花瓣，沙漠甲殼蟲，豬籠草，跳蟲）和相應的潤濕模型。緊接著，我們討論了二氧化鈦（TiO2）和石墨氮化碳（g-C3N4）的光催化機理。最后，系統(tǒng)介紹了具有（超）親水性、（超）疏水性、圖案化潤濕性、響應型潤濕性、雙面潤濕性、超滑性和超疏油性的光催化材料及其一系列應用，如自清潔、降解、水凈化、抗菌、產氫氣或氧氣、CO2還原、固氮等。
背景介紹
光催化是一種將光能轉化為化學能的綠色可持續(xù)技術，而其催化效率受表面的潤濕性的影響。近些年，中國地質大學（武漢）夏帆教授課題組和中南民族大學金士威教授對超潤濕性的光催化劑進行了一系列的研究，如超疏水光催化材料（Nanoscale, 2020, 12, 11455；NPG Asia Materials, 2021, 13, 47），響應性潤濕性光催化材料（Cell Reports Physical Science, DOI: 10.1016/j.xcrp.2021.100669），圖案化潤濕性光催化材料（Water Research，2021, 206, 117759）?；诖?，夏帆教授課題組和金士威教授課題組歸納總結了近些年來基于潤濕性改性的光催化材料的研究進展（ACS Catalysis, 2021, 11, 14751）。
圖文解析
圖1.七種具有不同潤濕性的自然生物：（超）親水魚鱗和貽貝、超疏水荷葉和玫瑰花瓣、圖案化潤濕性沙漠甲蟲、超滑豬籠草和疏油跳蟲。
圖2. 潤濕性模型：Young模型、Wenzel模型，Cassie模型，Wenzel-Cassie模型，“Lotus”模型，“Gecko”模型，還有表面自由能和潤濕性的關系。
圖3：特殊的超潤濕模型：超親水性/水下超疏油性、（超）疏水性-（超）親水性、響應型超潤濕性、雙面超潤濕性、滑動性和超雙疏性。
圖4：光催化機理：二氧化鈦（TiO2）和石墨氮化碳（g-C3N4）。
圖5：親水光催化劑：利用超親水性和光催化性實現(xiàn)產氫和二氧化碳還原。
圖6. 超疏水光催化劑：利用超疏水和光催化實現(xiàn)自清潔和抗污。
圖7. 超疏水光催化劑：利用超疏水表面上的空氣層實現(xiàn)三相催化。
圖8. 圖案化潤濕性光催化劑：利用光催化，制備圖案化超潤濕表面，實現(xiàn)水汽收集。
圖9. 圖案化潤濕性光催化劑：利用光催化，制備圖案化超潤濕表面，通過富集效果實現(xiàn)生物傳感。
圖10. 響應型潤濕性光催化劑：利用光催化，調控表面潤濕性的變化，從而實現(xiàn)油水分離和光降解。
圖11. 雙面潤濕性光催化劑：利用雙面潤濕，同時實現(xiàn)二相、三相催化，提高產氧效率。
圖12. 超滑光催化劑：利用超滑性和光催化性，實現(xiàn)防污和自清潔。
圖13. 超雙疏光催化劑：利用超雙疏表面上的空氣層結構，實現(xiàn)三相催化，從而降解一氧化氮。
總結與展望
雖然超潤濕光催化劑在近些年有了一定的發(fā)展，但是相關研究仍處于初級階段，許多問題仍然需要解決，例如，如何催化劑表面的結構和化學成分穩(wěn)定？超潤濕光催化材料的造價和環(huán)境因素如何？潤濕性如何微觀尺度上影響催化過程？催化效率如何定量化比較等。對光催化材料進行潤濕性改性是未來研究的熱點之一。
此論文還得到中國地質大學（武漢）的廖光福教授、臨沂大學的高中鋒教授、中南民族大學的閔雪紅博士的大力幫助。這項工作得到了國家自然科學基金（22090050, 21874121, 51803194）的支持及浙江省自然科學基金項目（LD21B050001, LY20B050002）的資助。
第一作者介紹
朱海，中國地質大學（武漢）材料與化學學院博士，導師為夏帆教授。主要研究界面材料在環(huán)境化學中的應用，目前以第一作者身份發(fā)表SCI論文10余篇，如ACS Catalysis、Water Research、Cell Reports Physical Science、NPG Asia Materials、Applied Materials Today等，H因子12。E-mail：zhuhaizh16@163.com。
蔡思，女，碩士研究生，現(xiàn)為中南民族大學化學與材料科學學院的碩士研究生，2019年6月獲得武漢工程大學化學工程與工藝專業(yè)的學士學位。主要研究方向為超潤濕光催化劑的設計。
通訊作者介紹
黃羽，中國地質大學（武漢）材料與化學學院研究員、博士生導師。獲湖北省高層次人才引進計劃支持，湖北省“楚天學者計劃”楚天學子。長期圍繞微/納結構測量界面對系列環(huán)境、生物相關靶標的高靈敏度檢測，進行深入的研究工作，已發(fā)表（含接收）SCI論文30余篇，SCI總引1500 余次，H因子20。研究成果受到國內外同行的關注，多次被Chem. Soc. Rev., Chem. Rev., Adv. Mater., Anal. Chem., Advanced Science News等期刊或網站報道。
金士威，中南民族大學化學與材料科學學院副院長、教授。主要研究方向為化工新工藝開發(fā)、化工污染控制技術及新型有機污染物的分析與毒性評價。主持與多項省部級縱向課題和10多項橫向課題，在國內外學術期刊上發(fā)表論文50余篇，其中SCI、EI收錄20余多篇。
夏帆，中國地質大學（武漢）材料與化學學院院長、教授、博導。主要從事生物傳感器、生物分子響應性納米孔道、界面超潤濕調控等研究，取得了多項創(chuàng)新成果。迄今為止，已發(fā)表SCI 論文150余篇，總被引9000余次，H因子50。獲得多項榮譽，如國家自然科學基金委重大項目（2020）、國家自然科學基金委“國家杰出青年基金”（2015）、國務院政府特殊津貼（2018）等。
文獻來源
Hai Zhu,⊥ Si Cai,⊥ Guangfu Liao, Zhong Feng Gao, Xuehong Min, Yu Huang,* Shiwei Jin*, and Fan Xia*. Recent Advances in Photocatalysis Based on Bioinspired Superwettabilities. ACS Catal. 2021, 11, 14751-14771.
https://doi.org/10.1021/acscatal.1c04049
