引言：太阳通过发射紫外线（UV）、可见光和红外线（IR）光来辐射其能量，这些光携带着不同振动频率的光子。当遇到一个物体时，光中的一部分光子可以被该物体吸收，从而使其加热。在这种光到热转换的过程中，即材料可以作为光吸收器，有效地将光能转移到热量中，被称为光热转换。
光激发材料的光热性能主要取决于两个关键的内在特性，即收集光的能力和光热转换效率。具有宽带吸收的光热材料的研究有利于可再生太阳能的利用，而具有高效产热能力的材料的工程可以广泛应用于水蒸发、光热催化、和生物医学等各个领域。
纳米材料，包括金属纳米结构，半导体，碳基纳米材料，有机聚合物，二维（2D）过渡金属碳化物/氮化物（MXenes），及其混合体都可以作为光热材料。然而，与整体结构相比，精心设计的纳米材料可以通过调整其形状、尺寸、组成和周围环境来表现出独特的热、光学和电子特性，从而为调整其光热特性提供了更多的可能性。基于纳米材料的多样性及其丰富的物理化学性质，人们提出并建立了各种提高光热转换能力的策略。例如，金属纳米结构如Au、Ag、Al和Cu由于其可调谐的局部表面等离子体共振（LSPRs）从可见区域到IR区域而引起了极大的关注。等离子体金属纳米结构的极大的吸收截面及其相关的等离子体加热非常有希望通过LSPR效应将光转化为热。以金属氧化物和硫族化合物为代表的纳米结构半导体是一种新型的光热纳米材料，其光学性质强烈依赖于其带隙能量。无论是带隙工程还是自由载流子诱导的LSPRs，都可以控制半导体纳米材料的光吸收，进一步提高光-热转换效率。
碳和聚合物基纳米材料是另外两种竞争的光热材料，通过原子晶格内的热振动具有很强的光热转换能力。共轭和超共轭效应可以很容易地促进从π轨道到π轨道的激发，从而使太阳光被太阳光谱吸收。除了这些广泛使用的材料选择，更多新兴的光热材料正在不断开发，如MXenes、金属−有机框架（MOFs）、和共价有机框架（COFs）。然而，光热转换过程的机制通常可以归因于上述三类，即等离子体局域加热、电子−空穴对的非辐射弛豫和分子的热振动。为了提高光热性能，光热纳米材料可以设计为由单个或多个组件组成，并可以涉及多种光热转换机制。因此，材料的正确选择和纳米结构的巧妙设计是光热技术最确定的标准。
光热转换机制
光热纳米材料
材料和几何形状的影响
等离子体耦合
半导体
碳基纳米材料
有机聚合物纳米材料
二维纳米材料
混合光热纳米材料
应用
海水淡化
废水净化
结构彩色印刷
纳米马达的光电热电泳
光热执行器和机器人
光热催化
光热疗法
药物传递
抑菌
聚合酶链反应
对抗新冠肺炎
传感、可穿戴设备、能量存储和转换，以及光热电极
参考文献：Chem. Rev. 2023, 123, 6891−6952
