钙钛矿-金属有机络合物催化剂实现高效光催化二氧化碳还原

太阳能被认为是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，随着能源危机和温室气体（如CO₂等）效应的加剧，利用光催化技术将太阳能和CO₂转化为高附加值的碳氢燃料等化学能源，成为了未来新能源开发的重要研究方向。因此，发展与设计高效的光催化体系进行CO₂还原具有重要的科学研究价值。然而，目前的光催化剂通常难以兼顾较强的可见光吸收和高效可调的催化位点等需求，因此需要设计和研究具有特定催化位点的可见光催化剂。

众所周知，CsPbBr₃钙钛矿纳米晶是一种光电性质十分优异的半导体材料，可通过调节卤素的组分来调控其光谱吸收范围，并且其具有适中的激子结合能（有利于电子-空穴分离）和缺陷容忍性（较少的带间缺陷能级）等特点。因此，CsPbBr₃是取代贵金属光敏剂（如联吡啶钌等）的理想选择，然而由于其表面缺乏有效的催化位点，CsPbBr₃催化剂的催化性能往往较低。因此，在钙钛矿表面构筑具有高效选择性的催化位点是改善其催化性质的理想途径。

近日，浙江师范大学的李正全教授和王靳博士等研究团队巧妙的采用表面配体改性策略在CsPbBr₃上通过静电作用力固定金属有机络合物（三联吡啶镍）作为催化位点，获得了一类具有高活性和选择性的钙钛矿光催化剂（CsPbBr₃-Ni(tpy)）用于可见光驱动CO₂还原。在用无机配体PF₆-处理CsPbBr₃之后，带有负电荷的CsPbBr₃能够有效的将带正电的Ni(tpy)固定在其表面。该过程同时减少了钙钛矿表面的长链有机配体，改善了其表面光电性质。Ni(tpy)的引入并没有影响CsPbBr₃的可见光响应能力。将Ni(tpy)固定到CsPbBr₃的表面，CsPbBr₃中的光生电子能够被Ni(tpy)（表面催化位点）捕获，同时能够高效选择性的还原二氧化碳（催化产物为CO和CH₄，是单纯的CsPbBr₃的26倍，催化剂具有超过16 h的稳定性），能够达到一石二鸟的效果。

稳态和瞬态荧光光谱以及瞬态吸收光谱等表征证明，在耦合了Ni(tpy)之后，CsPbBr₃中的光生电子和空穴的辐射复合显著降低，光生电子有效的注入到了Ni(tpy)用于催化反应。

这一成果近期发表在Chem. Mater.上，文章的共同第一作者是浙江师范大学的研究生陈周杰和中国科学技术大学的博士生胡阳光，通讯作者为浙江师范大学的王靳博士和李正全教授。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Boosting Photocatalytic CO₂ Reduction on CsPbBr₃ Perovskite Nanocrystals by Immobilizing Metal Complexes

Zhoujie Chen, Yangguang Hu, Jin Wang, Qing Shen, Yaohong Zhang, Chao Ding, Yu Bai, Guocan Jiang, Zhengquan Li, Nikolai Gaponik

Chem. Mater., 2020, 32, 1517, DOI: 10.1021/acs.chemmater.9b04582