持續(xù)的化石燃料消耗和二氧化碳排放導致了嚴重的氣候和能源危機。通過光照將二氧化碳還原轉(zhuǎn)化為可再生燃料被認為是一種有潛力的解決方案。其中，鹵化物鈣鈦礦由于具有高的消光系數(shù)、可調(diào)的帶隙、低激子結(jié)合能等，被認為是新一代高性能二氧化碳還原光催化劑的候選人之一。
然而，納米級鈣鈦礦在光、熱和其他外界刺激下往往會發(fā)生團聚和分解現(xiàn)象，這嚴重阻礙了高性能納米鈣鈦礦催化劑的發(fā)展。雖然傳統(tǒng)的封裝策略雖然能有效提高鈣鈦礦的環(huán)境穩(wěn)定性，但是在一定程度上阻礙了二氧化碳分子等反應物與鈣鈦礦活性位點的接觸，降低了光催化活性。
最近，蘇州大學的路建美教授、賀競輝教授，使用原位生長的方法將超分散的鈣鈦礦納米點限制在介孔二氧化鈦的孔道中，構(gòu)建了一種通過內(nèi)建電場促進內(nèi)界面電荷轉(zhuǎn)移的高性能的二氧化碳還原光催化劑。并使用聚焦離子束切片成像技術(shù)對孔內(nèi)鈣鈦礦納米點的尺寸可控性進行研究。
該催化劑在光催化二氧化碳還原上具有獨特的理論優(yōu)勢，首先孔內(nèi)界面處的內(nèi)建電場的形成將會促進二氧化鈦框架和鈣鈦礦納米點之間的電荷轉(zhuǎn)移，抑制載流子在內(nèi)界面的快速復合。其次，介孔框架的孔道結(jié)構(gòu)有助于其在光催化中快速的將二氧化碳分子富集在鈣鈦礦納米點的表面位點，從而提高了還原過程中電子的傳輸和消耗效率。 原位X射線光電子能譜（ISI-XPS）和開爾文探針力顯微鏡證明了在光催化過程中由內(nèi)建電場驅(qū)動的定向內(nèi)界面電荷轉(zhuǎn)移的存在。在這種高效的內(nèi)界面電荷轉(zhuǎn)移的作用下，光催化劑獲得了極高的甲烷選擇性和產(chǎn)生速率。同時相應的密度泛函計算(DFT)表明*CO在孔內(nèi)鈣鈦礦納米點Bi位點的吸附氫化是甲烷高選擇性的來源。 本研究表明，將鈣鈦礦納米點限制在介孔半導體基質(zhì)中可以阻止納米鈣鈦礦的聚集，并構(gòu)建內(nèi)界面內(nèi)建電場，促進光生載流子的定向遷移。該工作為設計高性能鈣鈦礦納米光催化劑提供了一種嶄新的思路。 論文信息 Boosted Inner Surface Charge Transfer in Perovskite Nanodots@Mesoporous Titania Framework for Efficient CO2 Photoreduction to Methane Qi-Meng Sun, Jing-Jing Xu, Fei-Fei Tao, Wen Ye, Chang, Zhou, Jing-Hui He*, and Jian-Mei Lu* Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202200872
