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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光热材料是把吸收的光能转变为热能的一类材料，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。纳米硫化铜（CuS）作为光热材料的代表之一，具有较强的近红外吸收和优异的光热、光电性能，近年来研究成果不断，特别在光热应用领域，得到了广泛关注，本期整理了3篇CuS材料的最新研究进展，一起看下~
ACS Applied Materials & Interfaces：PVP/CuS自支撑薄膜用于光热转化
无需任何材料支撑的独立薄膜因其出色的使用灵活性和在各种基底上的转移能力而备受关注，制备含有更高浓度的无机晶体填充的自支撑薄膜有望提高其应用范围，然而当前制造含有大量无机晶体材料的独立杂化薄膜还存在困难。2024年3月19日，ACS Applied Materials & Interfaces报道了一种含有高浓度结晶CuS的亲水性自支撑薄膜并可作为光热转化材料。
研究人员首先制备出PVP修饰的CuS纳米颗粒，然后用简单的滴涂法将CuS纳米颗粒均匀沉积在玻璃基底上，200°C热处理提高薄膜的强度。把玻璃基底上的膜浸入水中，将CuS/PVP从基底上剥离形成独立的自支撑膜。尽管独立薄膜中含有大量CuS纳米颗粒（固含量＞50%），但其强度足以在不使用任何支撑材料的情况下进行加工。为了验证薄膜的应用效果，研究人员进行了太阳能水蒸发实验。CuS/PVP 自支撑薄膜在光照下进行光热转换，产生的热量加速了水的蒸发，在 3 个太阳的功率密度下，蒸发率达到 4.35 kg-m-2 h-1，蒸发效率达到 96.3%。此外，在膜的另外一面涂覆PDMS，成功制备了Janus CuS/PVP/PDMS薄膜，可以在水中浮起，并可以转移到其他基质上。这种可转移的含有高浓度的 CuS的自支撑薄膜具有极佳的功能性，有望在蒸发系统以及生物医学和环境领域得到应用。
文献名称：Synthesis of Hydrophilic Poly(vinylpyrrolidone)/CuS Free-Standing Thin Films Exhibiting Photothermal Conversion
Materials Today Chemistry：光热转化CuS用于PH依赖的药物传输
光热疗法与化疗的结合是一种很有前景的协同抑制肿瘤细胞的策略。通过利用肿瘤微环境，化疗药物可以靶向肿瘤部位，从而提高疗效。2024年1月9日，Materials Today Chemistry报道了一种纳米药物，可以利用光热效应和化疗的协同作用增强抗肿瘤效果。
该项研究中的核心材料由具有光热转换特性的硫化铜（CuS）制成，研究人员在 CuS 表面涂覆了介孔多巴胺（MPDA）， MPDA可以为抗肿瘤药物多柔比星（DOX）提供丰富的负载位点，之后再把DOX负载在MPDA上。为了增强纳米载体在体内循环过程中的稳定性，防止药物泄露，研究人员又涂覆了一层 TA-Fe 作为介孔封装剂，获得了 CuS-MPDA-DOX@TA-Fe。纳米载体表面的 TA-Fe 在低 pH 值条件下会逐渐分解，导致药物释放。
研究人员关注了 CuS-MPDA-DOX@TA-Fe 的光热转换特性、药物负载和 DOX 的释放。结果表明，在酸性环境（pH 值为 5.2）中，DOX 的包封率为 82.2%，释放率为 43.49%。体外研究表明，近红外引发的 CuS-MPDA-DOX@TA-Fe 能有效抑制肿瘤细胞的增殖，而且肿瘤细胞对纳米颗粒的吸收也达到了合适的水平。该项研究结果表明，CuS-MPDA-DOX@TA-Fe 纳米药物具有协同光热/化疗抗肿瘤作用，可作为一种很有前景的癌症治疗策略。
文献名称：Metal-polyphenol network coated photothermal nanocarriers for pH-activated drug delivery
Materials Today Energy：铜箔表面快速沉积Cu2-xS 纳米片用于太阳能收集
利用热电发电机（TEG）装置收集太阳能是一种被忽视但实用的可持续发电策略。将 TEG 与太阳能吸收器集成，可将太阳辐射转化为电能。因此，开发太阳能吸收器对于提高 TEG 设备的性能以实现高效光热转换至关重要。2024年2月29日，Materials Today Energy报道了一种简单而经济有效的方法，在铜基底上制备稳定的纳米硫化铜薄膜，光热转化效率高，可用于太阳能吸收器。
研究人员将铜基底浸入硫化钠饱和的强碱性溶液中，几秒后，铜箔板变成了一个完美的黑体，表现出卓越的光热特性，没有任何光反射或透射。在强度为 500 W/m 的灯照射下，3-4 分钟内温度就能达到 65 °C。该方法可在铜箔表面形成垂直生长的 CuS 纳米片（x = 0.03、0.05 和 1）的混合物，并具有紧密的多孔团簇结构。在太阳能热发电（STEG）系统中将铜箔@CuS纳米片用作太阳能吸收器时，当面积在300 cm2时，TEG模块在太阳辐射下的最大输出功率约为25 mW，与未经处理的TEG模块（0.11 mW）相比，最大输出功率明显增加，表明光-热电转换效率显著提高。该项研究强调了 CuS 纳米片在 STEG 中作为太阳能吸收器的潜力，有望在可持续能源系统中得到应用。
文献名称：Fast and simple deposition of thin film of Cu2-xS nanosheets on copper foil for solar energy harvesting via photo-thermo-electric conversion
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