利用光催化技術(shù)將取之不盡的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為清潔的氫能（光催化產(chǎn)氫）對(duì)全球能源經(jīng)濟(jì)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。近期，有機(jī)-無機(jī)雜化鈣鈦礦在光伏領(lǐng)域取得了令人矚目的成就。受此啟發(fā)，Park等于2016年首次實(shí)現(xiàn)了甲胺鉛碘（MAPbI3）鈣鈦礦在其飽和HI溶液中的光催化產(chǎn)氫。自此，對(duì)于MAPbI3光催化劑的研究主要集中在其異質(zhì)結(jié)的構(gòu)筑來促進(jìn)光生電荷分離。然而，這對(duì)異質(zhì)界面的連續(xù)性和能帶排列提出了嚴(yán)苛要求。因此，人們應(yīng)當(dāng)更加關(guān)注MAPbI3光催化劑自身電荷遷移動(dòng)力學(xué)，這將為提高M(jìn)APbI3光催化性能提供一條可替代的途徑。
近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)薛佳偉、張群、鮑駿教授團(tuán)隊(duì)成功制備了一種缺陷區(qū)域連續(xù)的MAPbI3光催化劑（MAPbI3-C）。該團(tuán)隊(duì)利用原子力顯微-紅外光譜（AFM-IR）結(jié)合飛秒時(shí)間分辨瞬態(tài)吸收光譜（fs-TAS），證明了缺陷區(qū)域的連續(xù)遲滯了光生電子的束縛和復(fù)合過程（圖1）。得益于此，MAPbI3-C的產(chǎn)氫速率相比于傳統(tǒng)缺陷區(qū)域密集孤立分布的MAPbI3光催化劑（MAPbI3-I）提升了一個(gè)量級(jí)。
圖 1. AFM-IR結(jié)合fs-TAS研究缺陷介導(dǎo)的光生載流子動(dòng)力學(xué)。 依托中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)國(guó)家同步輻射實(shí)驗(yàn)室紅外自由電子激光原子力顯微-紅外光譜實(shí)驗(yàn)站（AFM-IRFEL），該團(tuán)隊(duì)對(duì)樣品表面缺陷進(jìn)行化學(xué)成像，發(fā)現(xiàn)MAPbI3-I表面缺陷呈現(xiàn)出密集孤立分布的特性，而MAPbI3-C表面缺陷則更為連續(xù)（圖2）。 圖2. (a,c) MAPbI3-I和（b,d）MAPbI3-C的AFM-IR成像。 空間分辨熒光光譜結(jié)合fs-TAS表明，MAPbI3-C表面獨(dú)特的缺陷連續(xù)分布特性延長(zhǎng)了光生電子的遷移距離，從而遲滯了其束縛和復(fù)合過程，導(dǎo)致其光催化產(chǎn)氫性能的顯著提升（圖3）。 圖3. MAPbI3-I和MAPbI3-C的（a,b）熒光成像和（c,d）fs-TAS譜圖。 論文信息 Promoting Photocatalytic H2 Evolution through Retarded Charge Trapping and Recombination by Continuously Distributed Defects in Methylammonium Lead Iodide Perovskite Qing Yao, Hui Li, Jiawei Xue, Shenlong Jiang, Qun Zhang, and Jun Bao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202308140
