金屬鹵化物鈣鈦礦（MHP）具有高的光吸收系數(shù)及低的表面電荷復(fù)合速率，因此，在光催化領(lǐng)域的應(yīng)用也受到了越來(lái)越多的關(guān)注。最近，吉林大學(xué)超分子結(jié)構(gòu)與材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的楊柏教授課題組聯(lián)合蘇州大學(xué)康振輝教授課題組設(shè)計(jì)制備了一種碳化聚合物點(diǎn)（CPDs）/金屬鹵化物鈣鈦礦（MHP）復(fù)合光催化劑，與以往所報(bào)道的光催化劑不同，首次將CPDs與MHP結(jié)合，并且CPDs能夠有效的抽取MHP的光生空穴，得到長(zhǎng)壽命的光生電子，從而提升了MHP光催化劑的催化效率，為鈣鈦礦光催化劑的電荷分離調(diào)控提供了一種新的研究思路。
CPDs/MAPbI3復(fù)合光催化劑的電荷分離
CPDs是具有聚合物和石墨化碳雜化結(jié)構(gòu)的一類碳點(diǎn)，其表面具有豐富的羧基、氨基等極性基團(tuán)使其能與鈣鈦礦相結(jié)合，形成穩(wěn)定的復(fù)合物。同時(shí)，CPDs具有高的光穩(wěn)定性和優(yōu)異的電荷轉(zhuǎn)移能力，因此，CPDs是光催化領(lǐng)域極具應(yīng)用前景的材料。
本文以檸檬酸和對(duì)氨基水楊酸為原料，采用水熱法制備了在可見(jiàn)光區(qū)具有較寬吸收以及黃綠色熒光的CPDs。與在可見(jiàn)光區(qū)具有寬而廣泛的光吸收、且具有良好結(jié)晶性的MAPbI3鈣鈦礦相結(jié)合，得到復(fù)合光催化劑。CPDs與MAPbI3形成了能級(jí)交錯(cuò)的Type-II異質(zhì)結(jié)，利于MAPbI3光生電荷的分離。通過(guò)瞬態(tài)熒光和吸收光譜證明CPDs通過(guò)超快的空穴轉(zhuǎn)移來(lái)促進(jìn)MAPbI3的電荷分離，將載流子壽命從12.4μs提升到23.9 μs，長(zhǎng)壽命的光生電荷有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。
光催化性能與反應(yīng)機(jī)理
光催化反應(yīng)包含光吸收、電荷分離和表面反應(yīng)三個(gè)過(guò)程，與超快的光吸收和電荷分離的速率相比，表面反應(yīng)速率則慢得多。因此，進(jìn)一步提升金屬鹵化物鈣鈦礦光催化劑的電荷分離效率是提升其光催化性能的有效途徑。CPDs與MAPbI3之間交錯(cuò)的能級(jí)，促使其間發(fā)生更有效的電荷轉(zhuǎn)移。CPDs有效地抽取了MAPbI3的光生空穴，從而在MAPbI3的表面產(chǎn)生長(zhǎng)壽命的光生電子，有利于H+光還原反應(yīng)的進(jìn)行。因此，CPDs的引入將可見(jiàn)光驅(qū)動(dòng)HI裂解效率提高35倍。
性能優(yōu)化及方法普適性
優(yōu)化MAPbI3/CPDs復(fù)合光催化體系，制備了三元復(fù)合的MAPbI3/CPDs/Pt復(fù)合光催化體系，Pt的引入使氫氣的還原反應(yīng)活性位點(diǎn)從鈣鈦礦轉(zhuǎn)移到了Pt上，由于Pt具有其極強(qiáng)的電子轉(zhuǎn)移能力和析氫活性，再與CPDs抽取空穴的能力相結(jié)合，使復(fù)合光催化劑催化裂解HI的產(chǎn)氫速率達(dá)到了11497 mmol h?1g?1，太陽(yáng)能-氫能的轉(zhuǎn)化效率為2.15%，這均是目前報(bào)道的金屬鹵化物鈣鈦礦光催化劑中的最高值。此外，CPDs抽取空穴的方法可以普遍提升之前所報(bào)道的MAPbI3/電子轉(zhuǎn)移助催化劑體系的催化性能。
本文利用電荷轉(zhuǎn)移能力優(yōu)異、易制備且?guī)犊烧{(diào)的CPDs來(lái)調(diào)控鈣鈦礦光催化劑的載流子動(dòng)力學(xué)，為促進(jìn)電荷分離提供了一種新的思路，從而助力進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型高性能金屬鹵素鈣鈦礦光催化劑。
原文鏈接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2020/mh/d0mh00955e
