综述：量子点基光催化剂在水和能源应用中的最新进展：关键挑战、前景与承诺

这篇综述系统评述了量子点（QDs）作为新一代光催化剂在能源转换（如H2生成、CO2还原）和环境修复（如废水处理）中的前沿进展，重点分析了热注射与非热注射合成策略（如微波辅助、生物合成）对QDs光稳定性、载流子分离效率（e-/h+）及活性氧（ROS）生成的影响，并提出了绿色合成、异质结工程等商业化路径。

　　

引言

全球能源危机与环境污染推动了对高效光催化材料的需求。量子点（QDs）凭借量子限域效应、可调带隙及高比表面积，成为突破传统半导体纳米颗粒（如Dy₂Cu₂O₅、BaSnO₃/g-C₃N₄）性能瓶颈的关键材料。QDs通过光生电子-空穴对（e^-/h⁺）与H₂O/O₂反应生成羟基自由基（•OH）和超氧离子（•O₂^-），可高效降解污染物（如96.4%酚红去除率），但其紫外吸收局限与载流子复合问题亟待解决。

热注射法合成进展

热注射技术通过高温配位溶剂中快速注入前驱体，可制备尺寸均一的QDs。改进策略包括：

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  绿色溶剂：减少有毒有机溶剂使用；

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  微波辅助：缩短反应时间并提升结晶度；

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  超声辅助：增强纳米颗粒分散性。

  然而，重金属QDs（如CdSe）的毒性仍是工业化障碍。

非热注射法创新

生物合成利用微生物或植物提取物制备QDs，兼具低成本与生物相容性；微流控技术通过精确控制流体混合实现高通量生产。这些方法为规模化提供可能，但产物纯度需进一步优化。

氢能(H₂)生产应用

QDs在光解水制氢中展现超高效率，其窄带隙特性可扩展太阳光谱利用。例如，CdS QDs与MoS₂共催化剂组合可将H₂产率提升至传统材料的3倍，但光腐蚀问题仍需通过包覆策略解决。

环境修复与挑战

QDs在降解有机污染物（如甲基橙MO）时表现出86-96%的效率，但实际废水中的复杂成分可能抑制活性。未来需通过缺陷工程调控表面活性位点，并结合计算模拟优化材料设计。

结论

QDs的多功能应用仍面临稳定性、选择性与规模化挑战。通过跨学科整合绿色合成、原位表征和机器学习，有望加速其商业化进程，推动可持续能源与环境解决方案落地。