近日，浙江师范大学化材学院固态光电与能源材料实验室的王靳副教授、李正全教授等在碱土金属掺杂量子点光催化二氧化碳还原的研究上取得进展，相关成果以“Lewis Acid–Base Dual Sites Enabled by Mg2+ Doping in CdS Quantum Dots for Selective Photocatalytic CO2 Reduction to CH4”为题在Adv. Funct. Mater.上发表 (Adv. Funct. Mater. 2025, e09666）。Advanced Functional Materials是Wiley出版社旗下的能源材料类旗舰期刊，最新影响因子19。浙师大化材学院的王靳副教授为该文第一通讯作者，李正全教授和物电学院江国灿博士为论文共同通讯作者，浙师大为通讯作者单位。

光催化二氧化碳（CO2）还原为清洁能源开发和缓解温室效应提供了一种绿色且有潜力的技术方案。量子点因其带隙可调、高比表面积以及强光捕获能力而备受关注。然而，量子点在实际应用中受载流子复合严重与CO2吸附能力弱的制约。近年来，具有路易斯酸碱吸附性质的催化剂因其对CO2特有的吸附活化能力，逐渐成为光催化材料领域的研究热点之一。作为叶绿素中的金属中心，以镁（Mg）为代表的物种展现出卓越的CO2吸附能力。区别于许多过渡金属，碱土金属掺杂通常可以在不引入深能级缺陷的前提下调控半导体光催化剂的电子结构。因此，Mg2+既可通过与CO2的强轨道相互作用增强其吸附，又可通过改变CO2的分子几何构型来实现活化。这种相互作用通过提高CO2的极化率来降低其活化能，使之更易被还原。尽管具备上述优点，将碱土金属（尤其是Mg2+）策略性地引入量子点体系以增强CO2光还原的研究仍然未被报道。

图1 Mg2+掺杂CdS量子点光催化二氧化碳甲烷化示意图

在前期研究中发现，CdS量子点具备可见光响应与强还原电位，但受CO2吸附弱与载流子复合快的限制，催化效率和选择性较低。针对上述问题，本研究通过掺杂策略构筑Mg:CdS双催化位点量子点，并将其用于可见光驱动的CO2光还原。实验结果表明，Mg2+的引入一方面上移了导带底至更负电位，增强了电子还原驱动力；另一方面与邻近Cd2+协同吸附CO2，显著提升甲烷生成的关键*CHO等中间体的生成与转化。在模拟太阳光条件下，样品实现88.7%的甲烷选择性（对比CdS为39.5%），产率达45.8 mmol·g⁻¹·h⁻¹。性能的提升主要归功于路易斯酸碱双位点的强CO2吸附活化作用与缺陷钝化带来的高速电荷转移。本工作强调了在量子点中精准引入“酸–碱”邻位点的关键作用，为开发高选择性CO2到烃类的太阳能催化材料提供了可推广的设计范式。

浙师大固态光电与能源材料团队，始终围绕新型硫化物和卤化物半导体的设计、调控与催化应用开展研究，近期在光催化产氢和二氧化碳还原领域取得了系列进展：通过界面融合策略构筑了ZnCdSe–CdS量子点气凝胶光催化剂用于光催化CO2还原（Adv. Funct. Mater. 2025, 2504742），通过掺杂和染料敏化等方式制备了一系列新型的水稳定Sn基卤化物钙钛矿用于水相光催化产氢（Adv. Energy Mater. 2025, 15, 2406048；ACS Energy Lett. 2024, 9, 653，高被引论文），通过掺杂实现了钙钛矿催化位点和载流子的有效调控（J. Catal. 2025, 447, 116104；Small, 2024, 20, 2401202）。这项工作是继前期研究工作基础之上，在硫化物量子点光催化剂研究领域取得又一新进展的成果。

上述工作得到了国家自然科学基金委、浙江省自然科学基金委、先进催化材料教育部重点实验室、全省先进催化与吸附材料重点实验室、金华市重大项目和浙江光电子研究院等的支持。

编辑：武艳