江苏大学刘芹芹&中科院理化所张铁锐&青岛大学唐华Carbon Energy：量子点光催化剂制氢综述—合成、表征与应用

Recent advances in quantum dot catalysts for hydrogen evolution: Synthesis, characterization and photocatalytic application

Haiwei Su, Weikang Wang, Run Shi, Hua Tang*, Lijuan Sun, Lele Wang, Qinqin Liu*, Tierui Zhang*

Carbon Energy

DOI: 10.1002/cey2.280

研究背景

全球能源需求快速增长，开发和充分利用可再生能源，推动多元化能源体系转型刻不容缓。氢能源是绿色、高效、可持续、理想的可再生能源。利用丰富无污染的太阳能裂解水制氢技术有望解决现有的能源短缺和环境问题。在众多材料中，量子点具有独特的光物理和光化学特性，如量子限域效应、上转换荧光效应、多激子生成等，在光催化领域的应用不断拓展，其可以作为催化剂、电子中间体、光敏剂、能量转化器、光催化活性中心等促进太阳能向氢能的高效转化。

文章简介

近日，江苏大学刘芹芹教授、中科院理化所张铁锐研究员和青岛大学唐华教授等人对量子点基光催化剂的发展现状进行了概述，并充分总结了量子点在光催化应用中的不同角色、不同量子点的制备方法和表征手段，最后，提出量子点光催化剂的创新应用和关键问题/挑战。文章以“Recent advances in quantum dot catalysts for hydrogen evolution: Synthesis, characterization and photocatalytic application”为题发表在Carbon Energy期刊上，为量子点基光催化剂的发展提供指导和参考。

到目前为止，具有优异的光物理和光化学特性的量子点在分解水制氢方面的研究取得了显著的进展。一般而言，已有的综述都着重介绍了特定量子点的研究背景、合成策略以及其在光催化领域中的应用。本综述主要注重总结各类量子点（硫硒化物量子点、金属氧化物量子点、碳基量子点、聚合物量子点、钙钛矿量子点等）的综合制备技术、性能和结构表征手段以及在光催化反应中的不同作用。在光催化制氢过程中，大多数半导体量子点(CdS量子点、CdTe量子点和TiO₂量子点等)可以作为催化剂产生光生电子还原质子产氢；具有高导电性的量子点（MoS₂量子点、CoP量子点、Ru量子点等）可以做为载流子迁移介质、还原端或氧化端助催化剂，加速载流子分离，提升光催化制氢活性；此外，量子点（C量子点、Au量子点等）具有较好的吸光特性，可以做为光催化制氢体系的捕光单元，提高光吸收能力。本文综合阐述和总结了量子点在各类不同几何构型和电子传输构型复合异质结中的协同作用，对于未来设计基于量子点的高性能光催化剂具有重要意义。

文章总结

由于量子点纳米材料具有众多的优势性能，深化和扩展量子点在光催化能量转化和环境修复等领域的应用十分迫切。与传统光催化剂相比，量子点纳米材料具有多激子产生、丰富的活性位点和优异的捕光能力等优点。本文总结了各类量子点的制备和表征技术，以及其在光催化水裂解制氢研究中的应用，重点介绍了量子点光催化剂用于光催化制氢方面的前景，为新型量子点催化剂的制备进一步优化和设计提供指导，也有助于提高对量子点生长机制的认识，创造新的合成方法，拓展量子点的应用领域。值得注意的是，量子点材料可作为用于解释光催化制氢和其他一些反应机理的理想模型，然而量子点上丰富的活性位点在分解水制取氢气过程中的演变及其机制尚未得到充分的研究，值得我们继续深入探索。

通讯作者简介

刘芹芹

刘芹芹，江苏大学材料科学与工程学院教授，博士生导师，江苏大学青年学术带头人。目前担任中国感光学会光催化专业委员会委员，中国感光学会青年理事，中国化学会会员，江苏省材料学会会员，《物理化学学报》青年编委，以及多个国际期刊的评审专家。先后主持国家自然科学基金项目等科研项目10余项，近年来在包括Natl. Sci. Rev., Appl. Catal. B-Environ., Chem. Eng. J.等国际期刊发表SCI论文100余篇，其中高被引论文12篇，论文总引用次数超过3000次，H因子34，获中国教育部技术发明二等奖，获批中国发明专利10项，授权PCT专利1项。主要从事纳米材料和光（电）催化材料在能源转化和环境污染治理方向的研究。

唐华

唐华，男，青岛大学环境科学与工程学院教授、泰山学者青年特聘专家、江苏省“双创博士”、江苏省“青蓝工程”优秀青年骨干教师、美国埃默里大学访问学者。2021年、2022年度入选科睿唯安“高被引科学家”榜单，发表SCI论文100余篇，25篇入选ESI高被引论文，引用达到10000余次，h因子为60。先后主持国家自然科学基金、江苏省自然科学基金和其他省市级科研项目共15项，担任国际期刊《Catalysts》编委、《Chinese Journal of Structural Chemistry》和《Rare Metals》青年编委，以及多个SCI期刊的特约审稿人。主持国家自然科学基金3项和获批中国发明专利15项。目前的研究方向主要集中于光催化材料在能源、环境领域的应用，多功能纳米材料的设计、合成及性能调控。

张铁锐

张铁锐，中国科学院理化技术研究所研究员、博士生导师，中国科学院光化学转化与功能材料重点实验室主任。吉林大学化学学士，吉林大学有机化学博士。之后，在德国、加拿大和美国进行博士后研究。2009年底回国受聘于中国科学院理化技术研究所。主要从事能量转换纳米催化材料方面的研究，在Nat. Catal.、Nat. Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem.、JACS等期刊上发表SCI论文300余篇，被引用29000多次，H指数95，并入选2018-2021科睿唯安“全球高被引科学家”；授权国家发明专利39项，在国际会议上做特邀报告40余次。曾获皇家学会高级牛顿学者、德国“洪堡”学者基金、国家基金委“杰青”、国家“万人计划”科技创新领军人才等资助、以及中国感光学会青年科技奖等奖项。2017年当选英国皇家化学会会士。兼任Science Bulletin副主编以及Advanced Energy Materials、Advanced Science、Solar RRL、Scientific Reports、Materials Chemistry Frontiers、ChemPhysChem、Carbon Energy、Innovation、SmartMat等期刊编委。现任中国材料研究学会青年工作委员会-常委，中国化学会能源化学专业委员会-秘书长，中国感光学会光催化专业委员会-副主任委员等学术职务。

相关论文信息

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论文标题：

Recent advances in quantum dot catalysts for hydrogen evolution: Synthesis, characterization and photocatalytic application

论文网址：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cey2.280

DOI:10.1002/cey2.280

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