综述：太阳能驱动氢生产的环保型量子点：从结构设计到性能优化

这篇综述系统阐述了环保型量子点(QDs)在光电化学(PEC)水分解制氢(H2)领域的最新进展，重点探讨了无重金属量子点的合成方法、结构工程策略（如形状调控、壳层设计和掺杂）及其对电荷动力学和能带结构的优化机制，为开发高效稳定的太阳能驱动制氢技术提供了重要指导。

　　

引言

全球能源体系转型背景下，太阳能驱动光电化学(PEC)水分解制氢技术因能直接将太阳能转化为清洁氢能而备受关注。量子点(QDs)因其独特的量子限域效应、可调谐光吸收范围(紫外到近红外)及多激子生成能力，成为理想的光捕获材料。然而传统含镉(Cd)、铅(Pb)的QDs存在环境风险，推动无重金属环保型QDs成为研究热点。

环保型QDs的合成策略

通过自上而下和自下而上两种路径可制备半导体QDs和碳基QDs：

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  蚀刻法：适用于MXene量子点(MQDs)和石墨烯量子点(GQDs)，通过水热或电化学剥离层状材料；

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  超声法：利用空化效应破碎Ti₃C₂等前驱体，但需结合球磨提高单分散性；

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  溶胶-凝胶法：用于金属氧化物QDs（如ZnO），通过水解-缩聚形成凝胶网络；

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  热注射法：精准控制InP/ZnS等核壳结构，通过快速注入前驱体实现单分散生长；

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  水热法：生物质衍生碳量子点(CDs)的绿色合成途径，PL量子产率可达18%。

结构工程优化性能

形状调控：金字塔形ZnAgInSe QDs比球形AgInS₂具有更长的激子寿命(269 ns)，其晶面各向异性促进电荷分离。

壳层工程：CuGaS₂/ZnSe核壳结构将光吸收边红移至600 nm，而梯度壳层AgInSe₂/AgInSeS/AgInS₂通过晶格匹配消除界面缺陷。

掺杂策略：Cu⁺掺杂InP使PL寿命从40 ns延长至480 ns，Mn²⁺掺杂ZnSe产生580-600 nm的d-d跃迁发射，Al掺杂则提升InP/ZnSeS的电子迁移率。

异质结构建与电荷动力学

Z型异质结如CdS/ZnIn₂S₄/MoS₂ QDs通过界面能带弯曲实现空穴-电子空间分离，产氢速率达2107.5 μmol·g^-1·h^-1。磁性Mn-CuInGaS QDs在外加磁场下，自旋极化使PL寿命从304.9 ns增至344.6 ns，光电流密度创纪录达14.7 mA/cm²。

挑战与展望

当前限制在于STH效率(<10%)和稳定性(<1000 h)。未来需聚焦：

1. 1.

   机器学习辅助合成参数优化；

2. 2.

   原位表征技术揭示降解机制；

3. 3.

   开发"巨型"核壳结构(>10层壳)抵抗光腐蚀；

4. 4.

   短链配体交换提升电荷传输效率。碳基QDs与半导体杂化体系展现出协同增强的光吸收和空穴提取潜力，是极具前景的研究方向。