香港科技大學（科大）理學院的化學研究團隊近日成功開發一種全新的「超級」光還原劑，為光催化有機合成領域帶來重要進展。

量子點材料（Quantum dots）在光能捕獲並轉換為化學能的光催化領域中具有巨大潛力，但由於科學界對量子點材料的光物理學了解有限，它們在光催化有機合成的應用上遠遠落後於小分子光敏劑。科學界過去多項研究發現，透過量子限域效應產生的熱電子可以顯著提升光還原效率。然而，如何在溫和條件下高效產生熱電子一直以來都是一大難題。

為解決這項難題，由科大化學系呂海鵬教授領導的研究團隊採用可見光吸收半導體納米晶體，成功開發出一種新型光催化系統，利用錳掺雜的CdS/ZnS量子點，透過自旋交換俄歇過程成功高效地產生熱電子，為突破傳統限利提供了新思路。

這些透過新系統產生出來的熱電子在多種有機反應中表現出色，包括Birch還原反應以及C-Cl、C-Br、C-O、C-C和N-S鍵的還原斷裂。值得注意的是，該系統甚至能催化還原電位低至−3.4 V（相對於飽和甘汞電極）的底物。研究團隊採用了雙光子激發策略，僅需以往分子或量子點體系的1%可見光輻照功率，就能產生一種「超級」光還原劑。

此外，團隊還能透過調節光的強度來控制何時開始和停止生產熱電子，從而實現可編程的交叉偶聯級聯反應。

呂教授表示：「研究充分利用了量子點獨特的光物理性質，擴展了量子點在有機合成中的應用，表明量子點體系在傳統分子光催化劑難以實現的複雜有機轉化方面具有巨大潛力。」

研究成果最近在《自然通訊》發表。

呂海鵬教授（左）和論文第一作者操沁璇（右）。

過往研究與本研究中雙光子光催化策略之對比。

其他惰性底物的還原轉化。

自旋交换俄歇复合光催化机制。