光热材料是把吸收的光能转变为热能的一类材料。随着光学技术的发展，光热材料在化工、能源、传感及生命健康领域应用日益广泛，成为材料科学研究领域不能忽视的一类新材料。

根据光与物质的相互作用机制及不同的热产生机制，可把光热机理分为3类, 即等离子体局部加热、非辐射弛豫和分子的热振动等。需要指出的是, 不是每种材料只能存在一种作用, 有些材料的光热机理可以是以上机理的复合。研究人员以光热效应的机理为基础, 已经发展了一系列具有良好光吸收能力和光热转换能力的光热材料, 其大致可分为无机材料和有机材料两类。

无机光热材料

无机材料的光热效应研究发展较早，也较为成熟。科研人员的关注方向主要包括基于等离子体局部加热机理的金属纳米材料、基于非辐射弛豫机理的金属氧化物半导体以及基于分子热振动机理的碳基材料等。其中金属材料的光热效应研究相对较早, 也是目前发展比较成熟的光热材料之一，这类金属主要有Au纳米材料、Ag纳米材料、Pt纳米颗粒、Al纳米颗粒、CuS纳米片等。

近年来, 研究人员发现, 一些窄带隙半导体材料体系内部也可以产生明显的热效应, 从而使得无机半导体材料成为了一种新型的光热材料。这类材料有Ti2O3纳米颗粒, 黑色 TiO2 , MoO3量子点和Fe3O4等金属氧化物半导体。

除此之外，以石墨烯为代表的碳基材料由于其共轭结构带来的强吸收能力, 从而具备高效的光热转换能力，如石墨烯，氧化石墨烯、碳纳米管、石墨、炭黑、碳点等材料也在近年来吸引着研究人员的目光。

有机光热材料

无机光热材料虽然研究较多，但是存在难以设计、生物相容性较差以及性能调控困难等问题, 研究人员又将目光投向有机材料领域。随着研究的开展, 越来越多具有优异光热性能的小分子染料、超分子复合物、共轭聚合物等被开发出来。

目前研究较为深入的有机小分子染料主要包括吲哚菁绿、普鲁士蓝、噻二唑衍生物等。普鲁士蓝在近红外区具有较强的吸收，其摩尔消光系数与纳米金处于同一个数量级，比碳纳米管、硫化铜等光热转换剂要高 2-3个数量级，具有良好的光热转换稳定性。

超分子复合物主要以卟啉环为代表，卟啉环是由双层卟啉分子和磷酸脂质体自组装构成的复合物，属于超分子自组装领域。卟啉环表现出极高的卟啉密度，从而产生较大的消光系数(2.9x109 M-1.cm-1)。有机共轭聚合物通常由有机小分子单体通过氧化聚合方式获得，最近的研究表明在近红外区域有中,有机共轭聚合物主要包括聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩和聚多巴胺。

光热材料的应用

随着光热效应研究的不断深入, 光热材料被应用到越来越多的领域。如生物医学中，光热材料应用较多的是在肿瘤治疗上，相较传统的手术、放疗、化疗等, 光热治疗通过尾静脉注射光热材料，利用靶向性识别技术将其聚集在肿瘤组织附近，并在外部光源（一般是近红外光）的照射下将光能转化为热能来杀死癌细胞, 使整个治疗过程对人体健康细胞的伤害更小。

在光热催化领域, 光热材料作为一种新颖的催化转化途径, 其优势不仅体现为可以利用太阳能等清洁能源, 减少了化石能源的消耗, 而且还可通过“光催化途径”和 “热催化途径”的协同作用, 实现一般情况下难以达到的催化效率，已经被广泛应用于 CH4的合成、CO2的还原、水的分解、NH3的合成等工业原料的催化转化。

此外，目前已经有诸多光热材料被应用于太阳能表面蒸发技术的研究，用于海水淡化，解决淡水短缺问题。不同于传统的太阳能蒸发水技术，基于光热材料的太阳能海水淡化技术可通过光热材料高效地将太阳能转化为热能，并将产生的热量锁定在水的表面，使表面水快速加热生成水蒸气（无需对整体水进行加热），因此其效率更高，有望应用于生产实际中。

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