过氧化氢(H₂O₂)是100种最重要的化学品之一，广泛应用于漂白、消毒和合成化学等行业。最近，它被用作直接燃料电池的燃料。当前的H₂O₂生产依赖于苛刻的蒽醌氧化法。从环境、可持续性和经济角度来看，光催化H₂O₂生产是一种更有利的替代方法。该过程需要水和分子氧作为输入，并以阳光为唯一能源。尽管有这些优点，该技术的实际应用仍然具有挑战性。最常见的瓶颈是光催化剂的不足、上坡热力学、缓慢的过程动力学以及竞争性反应和逆向反应。本文讨论了这些局限性，并重点提出了提高效率和选择性的建议观点，旨在为大规模H₂O₂光生产铺平道路。

开发新型纳米材料实现光催化产氢耦合有机物转化、提高太阳能到化学能的转换效率，在解决能源和环境危机方面具有巨大潜力。三元金属硫化物具有可调控的带隙和优异的可见光响应，在光催化分解水产氢方面引起了广泛关注。其中，Zn_0.5Cd_0.5S是一种带隙较窄、导带位置较高、耐光腐蚀的还原型光催化剂；然而，单一Zn_0.5Cd_0.5S中光生电子和空穴的复合率较高，只有少部分光生载流子参与光催化反应，导致量子效率较低而无法达到实际需求。WO₃是一种典型的氧化型光催化剂，具有较低的价带位置和较强的氧化能力，是与Zn_0.5Cd_0.5S耦合构建S型异质结的理想半导体。基于此，本文通过静电纺丝和水热方法将Zn_0.5Cd_0.5S纳米片垂直生长在WO₃纳米纤维上，制备了具有核壳结构的WO₃/Zn_0.5Cd_0.5S异质结。功函数的差异驱动Zn_0.5Cd_0.5S的电子转移到WO₃上，在界面处形成内建电场并使能带弯曲。通过原位光照X射线光电子能谱、电子顺磁共振和时间分辨荧光光谱分析，发现在内建电场、弯曲能带和库仑吸引力的作用下，WO₃导带上的光生电子迁移到Zn_0.5Cd_0.5S价带上并与其光生空穴复合，表明WO₃和Zn_0.5Cd_0.5S之间形成了S型异质结，实现了具有强氧化还原能力的载流子的高效分离。得益于独特的S型光催化机制以及反应物在催化剂表面的有效吸附与活化，在没有贵金属助催化剂的情况下，WO₃/Zn_0.5Cd_0.5S异质结在产氢(715 μmol∙g⁻¹∙h⁻¹)和乳酸转化为丙酮酸方面表现出增强的光催化活性，实现了光生电子和空穴的高效利用。原位漫反射傅里叶变换红外光谱和密度泛函理论计算揭示了光催化产氢和有机物转化的反应机理。本工作为设计和研究新型S型异质结光催化剂、实现高效产氢耦合有机物转化提供了新的见解。

持久性有机污染物在废水中的完全矿化仍是一项艰巨挑战。本研究报道了一种通过原位氧化聚合法合成的ZIF-8衍生ZnO/聚苯胺(PANI)S型异质结的理性设计。先进表征技术证实了ZnO/PANI异质结内S型电荷转移机制。优化后的复合材料在模拟太阳光照射下，60 min内实现苯酚完全矿化，同时以0.75 mmol∙L⁻¹·h^–1的速率生成H₂O₂。机理研究表明，S型异质结保留了强氧化还原电势，驱动活性氧物种的形成，从而实现H₂O₂合成与苯酚降解。该工作为MOF衍生的无机/有机S型异质结建立了普适性设计范式，有效耦合了太阳能驱动的能源转化与环境修复。

S型异质结因其优异的电荷分离能力和最大化的氧化还原电位，在高效光催化产氢领域受到广泛关注。本研究通过Yamamoto偶联反应合成新型芘-苯并噻二唑共轭聚合物(YBTPy)，并采用溶剂热法原位沉积CdS纳米颗粒，构建了CdS/YBTPy S型异质结光催化剂。优化后的CP5复合材料产氢速率达5.01 mmol h⁻¹ g⁻¹，较纯相CdS(1.20 mmol h⁻¹ g⁻¹)提升4.2倍。通过原位辐照X射线光电子能谱结合开尔文探针力显微镜，阐明了异质结界面的特征性S型电荷转移路径。此外，采用飞秒瞬态吸收光谱研究了光生载流子的动力学行为。该工作为有机-无机杂化S型光催化体系的设计提供了新的理论基础。