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氣候變化和全球能源需求促使人們尋求將二氧化碳（CO₂）可持續轉化為可儲存的液體燃料。其中，光催化是將CO₂直接轉化為CO的途徑，這是光動力反應網絡中的一個步驟。然而，目前性能最好的光催化CO₂還原系統在非水溶劑中運行，但技術上可行的太陽能燃料網絡可能在水中運行。

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組合催化CO₂光還原為CO。

實驗測試發現，在催化CO₂光還原為CO中，其周轉數（TON_(CO)）=72484-84101，量子產率（QY）=0.96-3.39%，選擇性（S_CO）>99%。

在較高的催化劑濃度下，系統達到的QY=3.53-5.23%。QD驅動系統的性能大大超過基準水系統（TON=926，QY=0.81%，選擇性為82%）。

通過研究發現，產生上述優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太陽能直接轉化為燃料的反應網絡的非增量步驟。

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.

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