香港科技大学（科大）理学院的化学研究团队近日成功开发一种全新的「超级」光还原剂，为光催化有机合成领域带来重要进展。

量子点材料（Quantum dots）在光能捕获并转换为化学能的光催化领域中具有巨大潜力，但由于科学界对量子点材料的光物理学了解有限，它们在光催化有机合成的应用上远远落后于小分子光敏剂。科学界过去多项研究发现，透过量子限域效应产生的热电子可以显著提升光还原效率。然而，如何在温和条件下高效产生热电子一直以来都是一大难题。

为解决这项难题，由科大化学系吕海鹏教授领导的研究团队采用可见光吸收半导体纳米晶体，成功开发出一种新型光催化系统，利用锰掺杂的CdS/ZnS量子点，透过自旋交换俄歇过程成功高效地产生热电子，为突破传统限利提供了新思路。

这些透过新系统产生出来的热电子在多种有机反应中表现出色，包括Birch还原反应以及C-Cl、C-Br、C-O、C-C和N-S键的还原断裂。值得注意的是，该系统甚至能催化还原电位低至−3.4 V（相对于饱和甘汞电极）的底物。研究团队采用了双光子激发策略，仅需以往分子或量子点体系的1%可见光辐照功率，就能产生一种「超级」光还原剂。

此外，团队还能透过调节光的强度来控制何时开始和停止生产热电子，从而实现可编程的交叉偶联级联反应。

吕教授表示：「研究充分利用了量子点独特的光物理性质，扩展了量子点在有机合成中的应用，表明量子点体系在传统分子光催化剂难以实现的复杂有机转化方面具有巨大潜力。」

研究成果最近在《自然通讯》发表。

吕海鹏教授（左）和论文第一作者操沁璇（右）。

过往研究与本研究中双光子光催化策略之对比。

其他惰性底物的还原转化。

自旋交换俄歇复合光催化机制。