单分子电子学作为纳米技术的重要分支，致力于研究单个分子的电学特性，为发展超小型、低功耗电子器件提供理论基础与技术支撑。精确调控单分子结的电子传输性质，是该领域面临的核心技术挑战。电化学调控，凭借其卓越的调控性和可逆性，正成为单分子电子学中一个极具潜力的研究方向。本文综述了近十年电化学调控在单分子电子学中的应用进展，涵盖了电输运能级、分子价态、电极与分子间键合方式以及离子液体双电层栅极的调控策略。通过分析具体案例，旨在帮助学生了解单分子电子学的研究前沿，理解其在现代纳米电子学中的重要性。

以提高GaN/ZnO异质结光解水制氢性能为目标，采用第一性原理方法研究了Li和Au元素掺杂GaN/ZnO异质结的电子结构、光学性质和光催化性能。电子结构计算表明GaN/ZnO异质结为直接带隙半导体，异质结类型为Z型，带隙为1.41 eV，能有效促进载流子分离。Li、Au掺杂后的各结构中除Li替位Zn结构外，均具有磁性。光学性质分析的结果表明，掺杂Li、Au元素可以提高体系的吸收系数，其中Li替位Zn后异质结具有较大的光吸收系数，同时具有较大的功函数(7.37 eV)和界面电势差(2.55 V)，表明其可见光利用率较高，界面结构稳定且具有较大的内建电场，可以更有效地促进电子与空穴的迁移从而减小电子-空穴对的结合。Bader电荷分析表明掺杂元素Li和Au均失去电子。电子从GaN层向ZnO层转移，在界面处形成了一个有效的内电场。Li替位Zn和Au同时替位近位的Ga和Zn所对应的2种结构的层与层之间转移的电子较多，说明其界面电势差较大且拥有较高的光生载流子迁移速率。光解水制氢性能分析表明，ZnO薄膜、GaN/ZnO异质结、Li替位Ga以及Li同时替位远位的Ga和Zn四种体系在pH=0时，满足光解水制氢的条件。GaN薄膜、ZnO薄膜和Li同时替位远位的Ga和Zn三种体系在pH=7时满足光解水制氢的条件。

通过溶剂热-电沉积法成功制备了一种具有丰富活性位点的镍铜合金/氧化锌/泡沫镍(NiCu/ZnO/NF)异质界面结构复合催化剂，并对其形貌结构、物相构成、析氢反应(HER)性能、光热性能和全解水性能进行了测试和分析。研究表明：NiCu/ZnO/NF具有优异的HER催化性能，在10 mA·cm^-2的电流密度下所需的过电位仅为25 mV。高效的催化活性可能是由于NiCu/ZnO异质界面结构的协同效应加快了电子转移速率和优化了HER过程。此外，NiCu/ZnO/NF还表现出了优异的光热转换性能，在光照条件下其HER过电位显著降低，在10 mA·cm^-2的电流密度下过电位降低至8 mV。此外，将NiCu/ZnO/NF集成到自设计的电解槽-热电装置进行全解水反应，其在50 mA·cm^-2电流密度时的槽电压低至0.88 V。

通过简单的水热离子交换法成功地制备了一种具有优异光催化制氢性能的直接Z型3D Bi₂MoO₆/Bi₂S₃异质结。通过X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和N₂吸附-脱附测试对样品的组成、形貌和微观结构进行了系统的表征。研究结果表明，Bi₂S₃具有的较小溶度积有利于Bi₂MoO₆向Bi₂S₃的原位转化，且Bi₂MoO₆的多孔微球结构有利于离子传输，因此在水热离子交换过程中可形成多相异质结。紫外可见近红外漫反射光谱(DRS)检测表明，该复合材料可吸收波长在1 800 nm以内的太阳光。光致发光光谱、瞬态光电流响应和电化学阻抗测试结果均证实了电荷的生成和迁移的加速。异质结的构筑能克服Bi₂MoO₆产氢时导带电势较低的问题，该异质结在不使用任何贵金属作为共催化剂的情况下，达到了最佳的光催化产氢速率(109.0 μmol·g^-1·h^-1)。根据DRS和Mott-Schottky曲线测试结果推断Bi₂MoO₆和Bi₂S₃之间构建了Z型异质结。

采用异质结光催化剂来光催化产氢被认为是一种解决环境和能源危机的有效方法。本文采用水浴加热辅助的物理混合法制备了ZnCoP/CdLa₂S₄肖特基异质结，以提高光催化产氢的效率。由于ZnCoP具有较高的功函数和金属导电性，光生电子可以通过ZnCoP/CdLa₂S₄界面从CdLa₂S₄转移到ZnCoP上，从而抑制了光生电子与空穴的复合。此外，在ZnCoP与CdLa₂S₄的界面处形成的肖特基异质结抑制了电子从ZnCoP回流到CdLa₂S₄，进一步促进了电子-空穴对的分离。同时，与CdLa₂S₄相比，ZnCoP/CdLa₂S₄异质结具有更强的可见光吸收性能。此外，ZnCoP可作为电子受体和产氢的活性位点。紧密的ZnCoP/CdLa₂S₄界面、ZnCoP较高的功函数和金属电导率与肖特基结之间的协同作用显著增强了CdLa₂S₄光催化产氢的性能。当ZnCoP的质量分数为30%时，30ZCP/CLS复合材料具有最佳的光催化性能，在可见光照射下，以Na₂S和Na₂SO₃为牺牲剂时，光催化产氢的速率达到10.26 mmol·g^-1·h^-1，是CdLa₂S₄的7.7倍。结合活性数据和表征结果，提出了ZnCoP/CdLa₂S₄肖特基异质结光催化产氢可能的反应机理。

采用水热法耦合气相沉积磷化法，在泡沫镍(NF)上负载NiFeP/NiFcDCA(FcDCA=1，1′-二茂铁二羧酸)异质结催化剂。受益于层状堆叠的非均相纳米结构、丰富的活性位点和高效的电荷转移速率，磷化温度为350 ℃时制备的NiFeP/NiFcDCA@NF-350在1 mol·L^-1 KOH+0.33 mol·L^-1尿素溶液中表现出优异的尿素氧化反应(UOR)活性，其仅需1.332和1.368 V(vs RHE)的超低电位即可分别达到100和500 mA·cm^-2的电流密度；其在50 mA·cm^-2的电流密度下经50 h稳定性测试后性能衰减仅为0.54%，表现出优异的催化选择性和良好的稳定性。

合理设计高效梯型(S型)异质结已成为当前光催化领域的一项重要突破，在推动环境友好型生态修复与能源转化技术的发展方面具有巨大潜力。然而，传统S型异质结普遍存在晶格失配问题，导致界面内建电场削弱，从而限制了光生载流子的有效分离。为克服这一瓶颈，本研究提出了一种创新的原位沉积策略，在Bi₂O₂S-BiOBr复合体系中成功构建了范德华S型异质结。该策略有效缓解了晶格失配，实现了紧密的界面结合，从而形成强效内建电场，显著促进了载流子的高效迁移与分离。Bi₂O₂S-BiOBr复合材料光吸收范围超过700 nm，并在氙灯照射下对环丙沙星(CIP)展现出优异的光催化降解性能。其中，20%Bi₂O₂S-BiOBr在15 min内即可实现93%的CIP去除率，显著优于所有对比样品。这种显著的性能提升源于范德华S型异质结中光生载流子高效分离与传输效率。本研究为范德华S型异质结的理性设计提供了新的思路与理论支撑。

抗生素耐药性感染日益严重的威胁亟需发展先进的非侵入性治疗策略。本文构建了一种基于肖特基结的金纳米粒子(AuNPs)与氧化石墨烯量子点(GOQDs)纳米复合材料，其中GOQDs作为多功能构建单元，在460 nm LED照射下协同增强光动力治疗(PDT)和光热治疗(PTT)。GOQDs不仅能促进电荷分离与转移以产生活性氧(ROS)，其宽光谱吸收特性与高电子迁移率还可提升光热转换效率。此外，其丰富的表面官能团可增强分散性、生物相容性及组织亲和力。所制备的AuNPs/GOQDs纳米复合材料展现出优异的分散稳定性、增强的光热与ROS输出性能以及卓越的生物相容性。体外抗菌实验表明其对革兰氏阳性菌和阴性菌的杀灭效率均> 97%。更重要的是，在小鼠伤口感染模型中，该纳米复合材料能在9天内实现约99%的伤口愈合率，显著优于对照组治疗。组织学分析进一步证实其能减轻炎症并加速组织再生。本研究揭示了GOQDs在增强光触发抗菌活性和促进伤口愈合中的关键作用，为临床治疗多重耐药病原体提供了有前景的光疗策略。