在温和条件下，将小分子(如H2O、CO2、N2、CH4和C6H6)轻易活化和转化为太阳能燃料或增值化学品，是解决全球能源消费需求和工业原料日益增长的需求的一个有吸引力的途径。与传统的热或电催化方法相比，光催化通过绿色和低成本的化学键存储光能。例如，人工光合作用是将水分解为O2和H2分子的有效方式，从而将太阳能以氢燃料的形式储存起来。由于带隙，电荷载流子动力学，暴露的活性位点和催化氧化还原活性（通过调整尺寸，组成，形态，表面和/或界面性质）的合理可调性，半导体纳米晶体（NCs）成为光诱导小分子活化的重要催化剂，包括H2O分解，CO2还原，固N2，CH4转化和化学键形成（例如，S–S，C–C，C–N，C–P，C–O）。
有鉴于此，中国科学院理化技术研究所吴骊珠研究员等人，综述了近年来利用半导体纳米晶通过人工光合作用活化小分子的研究进展，特别是由II-VI和III-V族元素组成的NC。
本文要点
1）综述了近年来利用半导体NC进行人工光合作用小分子活化的研究进展。此外，重点介绍了半导体NC在该领域的固有优势，并研究了用于大规模和可持续性小分子活化以化学键存储太阳能的原型装置的制造。
2）得益于在光吸收、激子产生、电荷转移、表面工程等方面的固有优势，基于半导体NCs的光系统在许多化学反应，如H2O分解和CO2还原方面确实取得了巨大的进展。由于以下原因，所获得的结果为使用基于半导体NCs的设备进行小分子活化的大规模生产奠定了坚实的基础：（i）半导体NCs通常不含昂贵的贵金属和有毒元素，（ii）半导体NCs的合成策略不论是在水溶液中还是在有机溶剂中，始终具有易于按比例放大的优点，（iii）半导体NC的光物理和光化学基础已经清楚地揭示；（iv）实验室中许多已报道的系统显示出非常有希望的效率，并且表现出优异的耐用性。
3）然而，由于纳米晶光催化剂颗粒尺寸很小，其结构和取向难以控制，因此按比例放大装置的能量转换效率通常低于溶液系统。尽管实验室中的一些原型装置在小分子活化方面表现出了很好的效率，但很难扩大规模。多种表征技术的结合是未来科学研究的大趋势。深入了解机理有助于进行结构优化，表面工程，催化位设点计和设备集成，从而提高通过人工光合作用活化小分子的效率和稳定性。
参考文献：
Xu-Bing Li et al. Semiconductor nanocrystals for small molecule activation via artificial photosynthesis. Chem. Soc. Rev., 2020.
DOI: 10.1039/D0CS00930J
https://doi.org/10.1039/D0CS00930J
