光驅(qū)動半導體材料催化產(chǎn)H2一直被認為是可持續(xù)的生產(chǎn)綠色H2的有效途徑。為了實現(xiàn)高效的太陽-氫氣轉(zhuǎn)換(STH)，開發(fā)具有優(yōu)異光電性能的半導體材料非常重要。有機-無機雜化鈣鈦礦(OHPs)具有寬帶吸收、長載流子壽命和合適的帶位置等特性，使其成為生產(chǎn)H2的潛在平臺。然而，OHPs用于光催化反應(yīng)遇到的最具挑戰(zhàn)性的問題是如何在光催化反應(yīng)中保持穩(wěn)定。
根據(jù)前人的研究，通過在飽和碘化氫(HI)溶液中MAPbI3的溶解-再沉淀平衡，可以在水溶液中穩(wěn)定MAPbI3。穩(wěn)定的MAPbI3在可見光照射下能夠驅(qū)動光催化HI分解反應(yīng)產(chǎn)生H2。但是，由于MAPbI3中嚴重的電荷重組，所獲得的STH能量轉(zhuǎn)換效率仍然受到限制。因此，開發(fā)促進OHP中電荷分離和轉(zhuǎn)移的有效策略一直是該領(lǐng)域的研究重點。
近日，大連海事大學宗旭課題組在MAPbI3鈣鈦礦光催化劑上引入動態(tài)Cu/(CuI2)?對作為電子/能量中繼站(MAPbI3 CuI-x M)，顯著抑制了電荷復合。研究人員發(fā)現(xiàn)，反應(yīng)溶液中的(CuI2)?離子可以有效地捕獲MAPbI3的光生電子，在MAPbI3表面產(chǎn)生金屬Cu物種，從而有效地阻礙電荷重組，同時存儲光子能量。隨后，通過進一步引入Pt共催化劑(Pt/MAPbI3 (CuI-x M))，進一步提升光催化性能。
在光照下，0.5 wt% Pt/MAPbI3 (CuI-0.26 M)光催化劑的產(chǎn)氫速率高達577 μmol h-1;并且，在8次循環(huán)反應(yīng)過程中，該催化劑由于初始誘導周期的影響，第一個周期中性能小于其他反應(yīng)周期，在接下來的7個循環(huán)中光催化活性沒有下降，且測試后材料的結(jié)構(gòu)和形貌未發(fā)生明顯變化，表明其具有良好的光化學穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性。
基于一系列系統(tǒng)的表征，研究人員揭示了Pt/MAPbI3 (CuI-x M)體系優(yōu)越的光催化H2生產(chǎn)活性來源。在光催化反應(yīng)過程中，加入到MAPbI3 (CuI-x M)體系中的PtCl62?前驅(qū)體通過簡單的置換反應(yīng)或通過Cu/MAPbI3的光生電子自發(fā)地在金屬Cu表面還原為金屬Pt。
Pt共催化劑通過兩條途徑促進H2的析出反應(yīng)：首先，Pt共催化劑加速了金屬Cu與HI之間的反應(yīng)，從而更有效地釋放儲存在金屬Cu中的太陽能產(chǎn)生H2;其次，Pt共催化劑能夠充分利用MAPbI3 (CuI-x M)產(chǎn)生的光生成電子，促進更高效的HER催化。因此，通過Cu/(CuI2)?電子/能量中繼站的級聯(lián)作用，促進MAPbI3的催化，實現(xiàn)了相當高效的光催化HER反應(yīng)。
總的來說，該項工作為OIHPs中的電荷轉(zhuǎn)移工程建立了一個新的范式，為開發(fā)實用的基于鈣鈦礦的太陽能燃料生產(chǎn)系統(tǒng)鋪平了道路。
Depressing charge recombination in hybrid perovskites by introducing dynamic electron/energy relay couple towards enhanced photocatalytic hydrogen production. Energy & Environmental Science, 2024. DOI: 10.1039/D4EE03864A
聲明：
“大連海事大學EES: 引入動態(tài)電子-能量繼電器，顯著抑制鈣鈦礦中電荷復合” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
244
編輯：中冶有色技術(shù)網(wǎng)
來源：大連海事大學
分享 0
舉報 0
收藏 0
反對 0
點贊 0
中冶有色技術(shù)平臺
2025年03月25日 ~ 27日 
