源起于发霉甜苜蓿，脱胎于生化实验室，华法林先生起初作为一种强力灭鼠毒药大杀四方。然而，在进入医药领域的道路上，他却因毒药的身份标签和种种流言而饱受质疑和反对。科学家们揭示了华法林抗凝血的机制，并证明了华法林抗凝治疗对患者的益处。从此，华法林先生以及他的衍生物们成为了抗凝治疗和防治鼠害的前线战士。

单分子电子学作为纳米技术的重要分支，致力于研究单个分子的电学特性，为发展超小型、低功耗电子器件提供理论基础与技术支撑。精确调控单分子结的电子传输性质，是该领域面临的核心技术挑战。电化学调控，凭借其卓越的调控性和可逆性，正成为单分子电子学中一个极具潜力的研究方向。本文综述了近十年电化学调控在单分子电子学中的应用进展，涵盖了电输运能级、分子价态、电极与分子间键合方式以及离子液体双电层栅极的调控策略。通过分析具体案例，旨在帮助学生了解单分子电子学的研究前沿，理解其在现代纳米电子学中的重要性。

以提高GaN/ZnO异质结光解水制氢性能为目标，采用第一性原理方法研究了Li和Au元素掺杂GaN/ZnO异质结的电子结构、光学性质和光催化性能。电子结构计算表明GaN/ZnO异质结为直接带隙半导体，异质结类型为Z型，带隙为1.41 eV，能有效促进载流子分离。Li、Au掺杂后的各结构中除Li替位Zn结构外，均具有磁性。光学性质分析的结果表明，掺杂Li、Au元素可以提高体系的吸收系数，其中Li替位Zn后异质结具有较大的光吸收系数，同时具有较大的功函数(7.37 eV)和界面电势差(2.55 V)，表明其可见光利用率较高，界面结构稳定且具有较大的内建电场，可以更有效地促进电子与空穴的迁移从而减小电子-空穴对的结合。Bader电荷分析表明掺杂元素Li和Au均失去电子。电子从GaN层向ZnO层转移，在界面处形成了一个有效的内电场。Li替位Zn和Au同时替位近位的Ga和Zn所对应的2种结构的层与层之间转移的电子较多，说明其界面电势差较大且拥有较高的光生载流子迁移速率。光解水制氢性能分析表明，ZnO薄膜、GaN/ZnO异质结、Li替位Ga以及Li同时替位远位的Ga和Zn四种体系在pH=0时，满足光解水制氢的条件。GaN薄膜、ZnO薄膜和Li同时替位远位的Ga和Zn三种体系在pH=7时满足光解水制氢的条件。

通过溶剂热-电沉积法成功制备了一种具有丰富活性位点的镍铜合金/氧化锌/泡沫镍(NiCu/ZnO/NF)异质界面结构复合催化剂，并对其形貌结构、物相构成、析氢反应(HER)性能、光热性能和全解水性能进行了测试和分析。研究表明：NiCu/ZnO/NF具有优异的HER催化性能，在10 mA·cm^-2的电流密度下所需的过电位仅为25 mV。高效的催化活性可能是由于NiCu/ZnO异质界面结构的协同效应加快了电子转移速率和优化了HER过程。此外，NiCu/ZnO/NF还表现出了优异的光热转换性能，在光照条件下其HER过电位显著降低，在10 mA·cm^-2的电流密度下过电位降低至8 mV。此外，将NiCu/ZnO/NF集成到自设计的电解槽-热电装置进行全解水反应，其在50 mA·cm^-2电流密度时的槽电压低至0.88 V。

通过简单的水热离子交换法成功地制备了一种具有优异光催化制氢性能的直接Z型3D Bi₂MoO₆/Bi₂S₃异质结。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和N₂吸附-脱附测试对样品的组成、形貌和微观结构进行了系统的表征。研究结果表明，Bi₂S₃具有的较小溶度积有利于Bi₂MoO₆向Bi₂S₃的原位转化，且Bi₂MoO₆的多孔微球结构有利于离子传输，因此在水热离子交换过程中可形成多相异质结。紫外可见近红外漫反射光谱(DRS)检测表明，该复合材料可吸收波长在1 800 nm以内的太阳光。光致发光光谱、瞬态光电流响应和电化学阻抗测试结果均证实了电荷的生成和迁移的加速。异质结的构筑能克服Bi₂MoO₆产氢时导带电势较低的问题，该异质结在不使用任何贵金属作为共催化剂的情况下，达到了最佳的光催化产氢速率(109.0 μmol·g^-1·h^-1)。根据DRS和Mott-Schottky曲线测试结果推断Bi₂MoO₆和Bi₂S₃之间构建了Z型异质结。

采用异质结光催化剂来光催化产氢被认为是一种解决环境和能源危机的有效方法。本文采用水浴加热辅助的物理混合法制备了ZnCoP/CdLa₂S₄肖特基异质结，以提高光催化产氢的效率。由于ZnCoP具有较高的功函数和金属导电性，光生电子可以通过ZnCoP/CdLa₂S₄界面从CdLa₂S₄转移到ZnCoP上，从而抑制了光生电子与空穴的复合。此外，在ZnCoP与CdLa₂S₄的界面处形成的肖特基异质结抑制了电子从ZnCoP回流到CdLa₂S₄，进一步促进了电子-空穴对的分离。同时，与CdLa₂S₄相比，ZnCoP/CdLa₂S₄异质结具有更强的可见光吸收性能。此外，ZnCoP可作为电子受体和产氢的活性位点。紧密的ZnCoP/CdLa₂S₄界面、ZnCoP较高的功函数和金属电导率与肖特基结之间的协同作用显著增强了CdLa₂S₄光催化产氢的性能。当ZnCoP的质量分数为30%时，30ZCP/CLS复合材料具有最佳的光催化性能，在可见光照射下，以Na₂S和Na₂SO₃为牺牲剂时，光催化产氢的速率达到10.26 mmol·g^-1·h^-1，是CdLa₂S₄的7.7倍。结合活性数据和表征结果，提出了ZnCoP/CdLa₂S₄肖特基异质结光催化产氢可能的反应机理。

通过水热法制备出一系列Z型异质结Cu₂O/Bi₂MoO₆新型光催化剂。采用扫描电子显微镜、粉末X射线衍射、红外光谱、紫外可见吸收光谱等表征手段研究了催化剂的形貌、结构性质和光电化学性质，并以四环素(TC)为降解目标污染物，进一步探究了其催化效率。实验结果表明，Cu₂O的加入提高了复合催化剂的光催化性能，其中20% Cu₂O/Bi₂MoO₆复合催化剂(Cu₂O和Bi₂MoO₆的质量比为20%)降解效果最好，100 min内可降解95%的TC。Cu₂O与Bi₂MoO₆之间的协同作用使其可以吸收更多的可见光，所构建的Z型异质结改变了电子转移途径，提高了电子与空穴的分离效率，光催化活性显著提高。通过自由基捕获实验和能带结构，分析了Z型异质结Cu₂O/Bi₂MoO₆复合催化剂光催化降解TC可能的机理。

采用气固法制备了磷化钼-碳纳米花(MoP-CFs)，通过简单的超声自组装将C₆₀修饰在MoP-CFs表面，形成范德瓦耳斯异质结。研究其电催化析氢性能发现，C₆₀的修饰能够有效降低电催化析氢过电位。其中，10% C₆₀-MoP-CFs样品(10%为C₆₀的质量分数)表现出最佳催化活性，在酸性和碱性条件下达到10 mA·cm^-2的电流密度时，所需要的过电位分别为158和157 mV，并且具有至少20 h的电催化稳定性。C₆₀与MoP-CFs之间强电子耦合作用促进电子由C₆₀迁移到MoP-CFs表面，有助于减小电荷传输阻力，加快电催化析氢界面反应动力学过程。

煤炭、石油和天然气等能源的不断增长消耗，不仅导致不可再生能源逐渐枯竭，还使大气中的CO₂浓度显著上升，引发严重的能源危机和气候问题。因此，我们必须开发清洁、可持续的能源转换技术，以应对不断增长的能源需求和日益严重的环境危机。受到自然界光合作用的启发，光催化CO₂转化利用太阳能驱动，可以将CO₂和水转化为高附加值的化学品。经过多年的发展，人工光合作用已被认为是一种绿色、经济、可持续的方法，有望助力实现国家的碳中和发展目标。然而，现有的光催化剂存在着载流子分离效率低和活性位点不足的问题，从而导致CO₂光还原效率较低。为了应对这些科学问题，研究人员发现将金属纳米粒子负载到半导体材料上形成欧姆结，可以产生内建电场，有助于光生电子和空穴的分离。因此，本研究通过溶剂热法在BiOCl纳米片表面负载Bi纳米粒子，构建了Bi/BiOCl欧姆结光催化剂。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和透射电子显微镜(TEM)分析了光催化剂的成分和微观结构。利用紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)研究了催化剂的光吸收性能。通过瞬态光电流响应测试、电化学阻抗谱(EIS)和电子自旋共振谱(ESR)研究了光生电子和空穴的分离能力。由于Bi纳米粒子与BiOCl的功函数不同，二者形成的欧姆结具有优异的电荷转移特性，可以显著提高光生载流子的利用效率。此外，Bi纳米粒子还可以作为助催化剂，促进惰性CO₂分子的活化。光催化测试结果显示，经过300 W氙灯照射4 h后，具有最佳活性的复合材料(Bi/BiOCl-2)将CO₂还原为CO (34.31 µmol·g^-1)和CH₄ (1.57 µmol·g^-1)的速率分别是BiOCl纳米片的2.55倍和4.76倍。同位素示踪实验证实，产物是CO₂和水分子经过光催化反应得到的。此外，根据原位傅里叶变换红外光谱(in situ FTIR)结果，发现在CO₂还原过程中形成了*CHO、*CH₃O、b-CO₃^2-、m-CO₃^2-、HCO₃^-、HCOOH、*COOH和HCOO^-等中间体，并进一步提出了可能的光催化CO₂还原机制。经过25 h的CO₂光还原反应后，CO和CH₄产量持续增加，同时结合XRD、XPS和TEM结果表明，制备的Bi/BiOCl-2材料具有良好的结构稳定性。这项研究为高效CO₂光还原催化剂的构建提供了有益的参考。