光催化、光热催化和光致热催化----太阳能催化简介

  有学者提出了“太阳能催化”的概念，太阳能催化是对利用太阳光作为能量输入的催化反应的一种具体和“一体化”的定义，通过不同的能量转换途径，太阳能最终可以转化为化学能。根据能量转换路径的不同，将太阳能催化分为以下几类：

1）将太阳能通过直接或者间接的方式转换为化学能的催化反应，包括光催化以及转换效应助力的光催化反应。与光催化不同的是，转换效应助力的光催化反应首先会通过上转换效应将低能量的光（高波长区域的光）转换为高能量的光（低波长区域的光），提升催化剂对光的利用效率，进而提升催化活性。

2）将太阳能转化为热能，并将其转化为化学能的催化反应，光热催化反应。根据能量转换路径以及热能和电子激发起到催化反应作用程度的不同，将光热催化分类为光辅助热催化，热辅助光催化以及光热协同催化。

3）将太阳能转化为电能，并将其转化为化学能的催化反应，光伏电催化反应。将其与光催化及光电催化进行了对比，最大的不同之处在于其最终的活性催化剂为电催化材料，而光催化及光电催化的最终的活性催化剂为半导体材料，虽然其经过多步能量转换步骤，但其对光的利用效率明显高于光催化及光电催化。

4）将太阳能转换为温差，助力热释电催化。热释电材料可以由于温差变化在材料内部产生极化电荷，从而建立内建电场，促进电子-空穴分离，从而可以与光催化耦合，提升催化效率。

5）从新材料开发、纳米结构调控、深度理解太阳能催化反应机理以及高效器件设计方面提出了太阳能光催化领域主要挑战和未来发展前景。