太阳能驱动的光氧化还原催化已成为传统化学合成的有前景的替代方案。实现高效光氧化还原催化的主要挑战包括促进催化剂中光生电子-空穴对的动态分离，以及利用这些光生电荷载流体驱动活性位点的氧化还原反应。
迄今为止，越来越多的努力集中在如何抑制电子-空穴对的重组上。除了实现光生电荷载体的分离和迁移外，还应考虑克服反应物的吸附能力弱和光催化剂上的高反应能垒等问题，以促进高效的氧化还原反应。因此，寻求一石二鸟的策略，为光催化剂表面的电荷载体分离和氧化还原反应提供一个解决方案是极其必要的。
受自然进化叶子的经典异质结的启发，湖南大学张楠课题组构建了一个叶状2D/1D/2D层级异质结，用于高效的光氧化还原反应。
该结构是通过在由2D Ti3C2Tx负载的集成1D Ag纳米线(NWs)网络上生长具有硫空位(VS)的2D ZnIn2S4纳米片阵列来制备的。
VS是由ZnIn2S4和与金属Ti3C2Tx载体集成的Ag NWs之间的抗强金属-载体相互作用(anti-SMSI)效应诱导产生的。在这种层级复合材料中，由Ti3C2Tx MXene负载的ZnIn2S4纳米片阵列作为叶子吸收光子，并将太阳能转化为化学品。
负载在Ti3C2Tx上的Ag NWs的叶脉状导电网络增加了异质结界面处空间电荷区的宽度，显著改善经典Ti3C2Tx@ZnIn2S4肖特基异质结的界面电子转移动力学。在光照下，光电子从ZnIn2S4转移到Ti3C2Tx的“电子储层”，从而抑制了光生电荷载体的重组。
气孔状VS可以形成与暴露的配位不饱和金属原子相关的Lewis酸位点，为反应物提供有效的吸附位点，并降低还原反应的热力学壁垒。这些组分的协同作用导致光催化性能的提高，在构建的Ag NWs/Ti3C2Tx@ZnIn2S4叶状异质结构上实现了硝芳烃化合物的选择性加氢和H2的析出(生成速率为1119.4 μmol g-1 h-1)。
综上，该项研究突出了受自然启发的功能设计在促进太阳能-化学转化中的关键作用，为绿色化学和H2能源应用中下一代光催化剂的开发铺平了道路。
Leaf-architecture and function-mimicked ensemble of hierarchical Ag nanowires/Ti3C2Tx MXene@sulfur-vacancy rich ZnIn2S4 nanosheet arrays for enhanced photoredox catalysis. Advanced Functional Materials, 2025. DOI: 10.1002/adfm.202505376
张楠，博士，湖南大学材料科学与工程学院教授、湖南大学“岳麓学者”、博士生导师。2016年毕业于福州大学，师从徐艺军教授，毕业后到National University of Singapore Prof. Ghim Wei Ho课题组开展博士后研究工作，2017年获博士后创新人才支持计划资助，2019年加入湖南大学。主持国家自然科学基金项目 2 项、湖南省优秀青年基金项目、湖南省湖湘青年英才项目等。研究方向为1.纳米复合材料的设计合成；2.金属纳米结构的光学性质调控；3.能源与环境光催化。近年来在Angew.、AFM、Nat. Photonics等期刊发表多篇论文。