太阳能驱动的光催化CO₂还原（CO₂RR）被认为是同时缓解能源危机和CO₂污染的一条极有前途的途径。然而，实现高效率的光催化CO₂RR，特别是在没有牺牲试剂或额外碱性添加剂的辅助下，仍然极具挑战性。

近日，华南理工大学李映伟教授，Ruiqi Fang报道了采用原位转化法制备了三维有序大孔N掺杂碳（NC）负载的CdS量子点（3DOM CdSQD/NC）光催化剂，用于光催化CO₂RR。此外，为了进一步提高光催化CO₂的还原效率，还引入了胺氧化反应来代替H₂O氧化过程。

文章要点

1）研究人员首先通过组装聚苯乙烯（PS）单体合成了尺寸为270 nm的高度有序的三维（3D）PS球模板。为了得到单晶ZIF-8@PS（SZIF-8@PS），研究人员在3D有序PS的空隙中填充了2-甲基咪唑和六水硝酸锌，然后在氨甲醇混合溶液中进行了诱导生长过程。在氩气中400 ℃和空气流中350 ℃连续热解处理后，去除PS模板剂，将SZIF-8分别转化为3DOM N掺杂的ZnO量子点（3DOM ZnOQD/NC）。最后，用于S²⁻阴离子和Cd²⁺阳离子对3DOM ZnOQD/NC进行了原位处理得到3DOM CdSQD/NC。

2）令人印象深刻的是，3DOM CdSQD/NC在光催化CO₂RR和胺氧化方面表现出优异的活性和选择性，在没有任何牺牲剂和碱性添加剂的情况下，CO的生成率高达5210 µmol g⁻¹ h⁻¹。此外，3DOM CdSQD/NC在450 nm处获得了2.9%的表观量子效率。

3）机理研究表明，纳米颗粒基质中的三维有序大孔有利于光生载流子的转移。此外，高度分散的CdS量子点能够显著促进CO₂和胺分子的吸附，并通过稳定*COOH中间体来降低CO₂的活化势垒，从而直接导致了高活性。

这一新策略有望为开发高效的光催化系统开辟一条新的道路。

参考文献

Fengliang Wang, et al, Ordered Macroporous Carbonous Frameworks Implanted with CdS Quantum Dots for Efficient Photocatalytic CO₂ Reduction, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202102690

https://doi.org/10.1002/adma.202102690