一、研究背景

光催化技术，从自然界的光合作用中汲取灵感，通过半导体材料驱动氧化还原反应，已成为太阳能转化领域的重要突破口。然而，传统光催化剂面临着三大核心挑战：光谱吸收范围有限，光生电荷分离效率低，以及结构稳定性不足。这些瓶颈迫切需要开发具有优异光电性能和结构鲁棒性的新型材料。

纳米金刚石（NDs）凭借其独特的sp³碳骨架结构，近年来引起了光催化领域研究者的广泛关注。它具备无与伦比的化学稳定性、高载流子迁移率以及可灵活调控的表面化学性质，展现出作为理想光催化平台的巨大潜力。但NDs仍受制于本征局限：宽带隙（约5.5 eV）限制其对可见光的响应；超快的电子-空穴复合过程则显著降低了量子效率。突破这些瓶颈，成为当前研究的关键所在。

哈尔滨工业大学（深圳）王永杰教授课题组总结了近年来NDs在光催化领域的研究进展，在《新型炭材料（中英文）》期刊发表最新综述。作者概述了NDs的制备，详细阐述了NDs的各类表面改性策略与最新进展。通过对前沿工作的梳理与评估，为高效NDs光催化材料的可控设计提供理论指导。

二、工作简介

图文摘要

本文系统探讨了四种材料工程策略，以攻克上述技术难关：表面功能化、等离子体杂化、原子掺杂以及异质结构设计。

1、表面功能化

通过引入不同官能团（如氨基、氢终端等）调控NDs表面化学性质的方法。研究表明，适当的表面修饰不仅能够改善NDs在水相中的分散稳定性，更能直接影响其能带结构和表面反应活性。

2、等离子体杂化

利用贵金属纳米颗粒（如Au、Ag）的局域表面等离子体共振效应，通过多种协同机制增强光催化性能：增强宽带光吸收、远场光散射延长光子传播路径、近场电磁场增强、高能热载流子注入以及等离子体热效应。

3、原子掺杂

通过在NDs晶格中引入硼、氮等异质元素，有效调控其电子结构与能带特性。这一策略能够引入中间能级，缩小有效带隙，从而赋予NDs可见光响应能力，同时优化电荷传输路径，抑制载流子复合。

4、异质结构设计

通过将NDs与TiO₂、g-C₃N₄等典型半导体材料构筑异质界面，可以形成type-II能带排列，利用界面内建电场驱动光生电子和空穴的空间分离，显著提升载流子寿命和反应效率。

这些策略通过协同作用，从多个维度提升NDs基光催化体系的性能——拓展光谱响应范围至可见光区，抑制光生载流子的复合过程，并显著增强催化反应活性。

New Carbon Materials 文章信息

Zhang Wan, Cheng Xiangxiang, Guo Kesheng, Zhang Hansong, Li Lanxiao, Zhao Yongbing, Zhu Jiaqi, Wang Yongjie. A review of nanodiamond-based photocatalysts for solar energy conversion. New Carbon Materials, 2026, 41(1): 18-43.

张万, 程祥祥, 郭可升, 张寒松, 李览筱, 赵勇兵, 朱嘉琦, 王永杰. 纳米金刚石基光催化剂用于太阳能转化的研究进展. 新型炭材料（中英文）,2026,41(1):18-43

DOI: 10.1016/S1872-5805(25)61026-2

原文链接：

https://www.sciengine.com/NCM/doi/10.1016/S1872-5805(25)61026-2

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