在全球应对气候变化、推动能源转型的背景下，清洁能源的开发尤为紧迫。氢气作为零碳能源载体，广泛应用于氢燃料电池汽车和储能系统。然而，目前仅有5%的氢气通过绿色电解工艺制取，超过 90% 的氢气依赖天然气/沼气重整，这一过程带来了大量的二氧化碳排放，严重阻碍了能源的绿色转型进程。

传统化学反应主要是通过加热的方式活化反应物，为反应体系提供跨越热力学能垒的能量，促使反应物向产物的转化。在热催化体系中，反应物分子在催化剂表面吸附活化，改变化学反应路径、从而降低反应活化能使反应容易进行。而光催化则是利用光子的能量来催化反应，反应机理和路径与热催化截然不同，反应条件温和，易操作。

光催化技术经过50多年的发展，取得了显著的进步，并已广泛应用于多个领域，包括光催化产氢、光催化CO₂还原、光催化污染物降解等。然而，光催化反应中光生电子（e⁻）和空穴（h⁺）的快速复合问题，导致整体反应效率较低，使得光催化技术的产业化进程面临诸多挑战。为了解决这一问题，研究人员开始探索多场协同光催化技术，以提高光催化反应的效率和选择性。

清华大学唐军旺院士团队联合中国科学技术大学黄伟新教授团队、英国卡迪夫大学C. Richard A. Catlow院士团队和香港大学郭正晓教授团队，首次地提出分子内结 (intramolecular junction) 概念，并证实具有分子内结效应的CTF-1材料可以促进光生电子-空穴对在空间上快速分离，光生空穴富集的位点有利于甲烷分子的活化，而活化后的甲基物种迁移至光生电子富集的区域，进而在空间上分离甲烷活化，甲基的偶联和氧气的还原，抑制了甲基的过度氧化，提升C-C偶联产物的选择性。

光电转化效率（IPCE，Incident Photon-to-Current Efficiency）是光电催化和光伏研究中的关键表征参数，用于评估材料在不同波长光照下将入射光子转化为光电流的能力，其测量反映了材料的光电转换效率和波长依赖性。

电极极化是指电极电位偏离其平衡电位的现象，通常由外加电流或电场引起。这一现象反映了电极反应动力学和界面传质过程的综合效应。

近日，美国三院院士/莱斯大学Naomi J. Halas教授联合Peter Nordlander教授等人在Nature Catalysis期刊上发表了题为“Steam methane reforming using a regenerable antenna–reactor plasmonic photocatalyst”的最新成果。

2024年11月8日，《中华人民共和国能源法》（以下简称《能源法》）正式通过，并将于2025年1月1日起施行。这部历经18年酝酿的基础性、统领性法律，在“2030年前碳达峰”和“2060年前碳中和”的双碳目标背景下，明确了中国能源绿色低碳转型的发展方向，同时为能源安全、绿色消费与科技创新提供了系统性保障。

过氧化氢作为一种可再生能源载体和清洁绿色的氧化剂，广泛应用于精细化工、生物制药、环境修复等领域[1-3]。H₂O₂发生反应只会产生O₂和H₂O反应副产物，不会对环境造成环境污染[4,5]。

塑料，作为20世纪最伟大的科学发现之一，被誉为现代工业的象征，因其优异的化学稳定性和耐久性，塑料在各个领域得到了广泛应用。然而，由于其降解周期长、稳定性强，塑料污染已成为全球环境问题的主要来源之一。

本篇将深入分析光催化甲烷转化的具体过程，包括甲烷的部分氧化以生成高附加值化学品、通过重整反应生成合成气、偶联反应生成更复杂的烃类化合物，以及在温和条件下实现选择性燃烧和功能化。这些转化路径不仅展示了光催化技术的多样性和灵活性，也为甲烷的高效利用提供了多种可能性。

甲烷，作为天然气的主要成分，不仅是一种清洁的能源，也是合成多种高附加值化学品的重要原料。然而，由于其分子结构的稳定性，甲烷的化学转化过程通常需要高温高压条件，这不仅消耗大量能源，还可能引发环境问题。为了解决这一挑战，光催化技术应运而生，它利用太阳能在温和条件下激活甲烷，为化学合成提供了一种可持续的解决方案。尽管这一领域充满潜力，但目前仍面临诸多技术难题。