有机无机钙钛矿材料作为光催化产氢催化剂

以CH₃NH₃PbI₃为代表有机无机钙钛矿材料由于其显著的光电转化效率使其在光电领域尤其是太阳能电池方向有着巨大的潜力。有机无机钙钛矿材料的高效光电转化效率主要来源于其材料本身的长载流子寿命和低激子束缚能等，而这些性质导致的有效的电子/空穴分离和载流子迁移也是作为光催化材料的必要条件。最近，实验上实现了在饱和碘化氢溶液中利用CH₃NH₃PbI₃作为光催化剂进行产氢反应，但是CH₃NH₃PbI₃作为光催化剂的反应机理并不清楚，其只是作为光吸收材料，还是同时作为反应物参与了产氢反应尚未明确。

苏州大学王璐副教授、李有勇教授与加州理工大学William A. Goddard教授合作，首次揭示了有机无机钙钛矿CH₃NH₃PbI₃表面光催化产氢的反应机理，提出CH₃NH₃PbI₃材料在产氢催化反应中不仅仅作为可见光吸收材料，而且还作为反应物参与了HER产氢反应。该反应可以分为两步完成。首先，表面CH₃NH₃⁺离子中与N相连的一个H原子跑到Pb原子上并与之成键，形成PbH氢化物中间体，与此同时，溶液中的质子H⁺将CH₃NH₂分子修复为CH₃NH₃⁺离子。第二步为CH₃NH₃⁺离子中的一个H与PbH中的H相结合生成H₂，同时表面被溶液中质子H⁺修复。这种由Pb和CH₃NH₃⁺参与协助完成的两步催化反应机理被命名为PbAAA（Pb-Activated Amine-Assisted）光催化产氢机理。该催化机理也将适用于其他有机无机钙钛矿材料，开启了其作为光催化剂的潜在应用。该研究的相关成果近期发表在《Journal of the American Chemical Society 》杂志上，并被杂志选为当期的补充封面文章。文章的第一作者为苏州大学王璐副教授，同时为通讯作者，通讯作者还包括苏州大学李有勇教授和加州理工学院William A. Goddard教授。

该论文作者为：Lu Wang, Hai Xiao, Tao Cheng, Youyong Li, William A. Goddard

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Pb-Activated Amine-Assisted Photocatalytic Hydrogen Evolution Reaction on Organic–Inorganic Perovskites

J. Am. Chem. Soc., 2018, DOI: 10.1021/jacs.7b12028

导师介绍

王璐

http://www.x-mol.com/university/faculty/18416

李有勇

http://www.x-mol.com/university/faculty/18389

William A. Goddard

http://www.x-mol.com/university/faculty/450