氣候變化和全球能源需求促使人們尋求將二氧化碳(CO2)可持續(xù)轉(zhuǎn)化為可儲存的液體燃料。其中,光催化是將CO2直接轉(zhuǎn)化為CO的途徑,這是光動力反應網(wǎng)絡中的一個步驟。然而,目前性能最好的光催化CO2還原系統(tǒng)在非水溶劑中運行,但技術上可行的太陽能燃料網(wǎng)絡可能在水中運行。近日,美國西北大學Emily A. Weiss(通訊作者)等人報道了在pH值為6-7的純水中,使用CuInS2膠體量子點(QDs)作為光敏劑和Co-卟啉催化劑,以前所未有的性能參數(shù)組合催化CO2光還原為CO。實驗測試發(fā)現(xiàn),在催化CO2光還原為CO中,其周轉(zhuǎn)數(shù)(TON(CO))=72484-84101,量子產(chǎn)率(QY)=0.96-3.39%,選擇性(SCO)>99%。在較高的催化劑濃度下,系統(tǒng)達到的QY=3.53-5.23%。QD驅(qū)動系統(tǒng)的性能大大超過基準水系統(tǒng)(TON=926,QY=0.81%,選擇性為82%)。通過研究發(fā)現(xiàn),產(chǎn)生上述優(yōu)異性能主要是由于以下因素導致:(1)QD對催化劑的靜電吸引,促進了光電子源處質(zhì)子、CO2和催化劑的快速多電子傳遞和共定位;(2)利用游離胺終止QDs配體殼,將捕獲CO2轉(zhuǎn)化為氨基甲酸,作為CO2的貯存器,有效增加其在水中的溶解度,并降低Co-卟啉催化CO2還原的起始電位。該工作取得的突破性效率代表了實現(xiàn)太陽能直接轉(zhuǎn)化為燃料的反應網(wǎng)絡的非增量步驟。Quantum Dot-Sensitized Photoreduction of CO2 in Water with Turnover Number > 80000. J. Am. Chem. Soc., 2021, DOI: 10.1021/jacs.1c06961.https://doi.org/10.1021/jacs.1c06961.