山大黃柏標&王朋Adv. Mater. : MAPbI3/rGO復合材料的制備及其高效、穩定可見光催化制氫

abc940504 6年前 (2018-01-19) 8762瀏覽

【引言】
有機-無機雜化鈣鈦礦因其杰出的光電性質，作為高性能光伏器件材料，其應用前景良好。甲基胺碘化鉛鈣鈦礦(MAPbI3)太陽能電池能量轉換效率從2009年的3.8%到近來的超過20%，已顯示出迅速提升。研究人員已探索了MAPbI3在光電催化(PEC)制氫、發光二極管以及光電探測器等領域的應用。最近，研究人員報道了使用MAPbI3作為光催化劑在HI溶液中催化制氫，但其制氫速率遠不及傳統的半導體光催化材料。

【成果簡介】

近日，山東大學黃柏標教授、王朋教授(共同通訊作者)等利用簡單、高效的光還原方法制備了甲基胺碘化鉛鈣鈦礦(MAPbI3)/還原氧化石墨烯(rGO)復合材料，并在Adv. Mater.上發表了題為“Composite of CH3NH3PbI3 with Reduced Graphene Oxide as a Highly Efficient and Stable Visible-Light Photocatalyst for Hydrogen Evolution in Aqueous HI Solution”的研究論文。上述MAPbI3/rGO復合材料在HI溶液中顯示出良好的可見光催化制氫性能。MAPbI3/rGO粉末樣品(100 mg)制氫速率可達到93.9 μmol·h-1，是原始MAPbI3的67倍(在120 mW·cm-2的λ≥420nm可見光照射)，復合材料穩定性高，在200 h(即20個周期)的重復制氫實驗后，催化活性未發現顯著降低。之后，利用MAPbI3的電化學發光性能研究探索復合材料的電荷轉移過程，發現MAPbI3的光生電子轉移到rGO位點，進而將質子還原為H2。

【圖文簡介】

圖1 MAPbI3/rGO的形貌和元素分析

a) MAPbI3/rGO的SEM圖像；

b) MAPbI3/rGO 晶格條紋的HRTEM圖像；

c) GO、MAPbI3和MAPbI3/rGO的FTIR光譜圖；

d) MAPbI3/rGO的EDS元素分布及SEM圖像。

圖2 MAPbI3/rGO的表面元素分析

a) GO的C 1s XPS譜圖；

b) MAPbI3/GO的C 1s XPS譜圖；

c) MAPbI3(下圖)和MAPbI3/rGO(上圖)的Pb 4f XPS譜圖；

d) MAPbI3(下圖)和MAPbI3/rGO(上圖)的O 1s XPS譜圖。

圖3 MAPbI3/rGO的光催化制氫性能

a) MAPbI3、MAPbI3/Pt和MAPbI3/rGO的制氫性能比較；

b) MAPbI3/rGO的循環穩定性。

圖4 MAPbI3/rGO的載流子分離能力

a) MAPbI3和MAPbI3/rGO的PL衰減光譜(HI溶液中500 nm激發)；

b) MAPbI3和MAPbI3/rGO的穩態PL光譜(HI溶液中500 nm激發)；

c) MAPbI3和MAPbI3/rGO的ECL瞬態光譜；

d) MAPbI3和MAPbI3/rGO的交流阻抗譜。

圖5 Pb-O-C的形成及在光催化制氫過程中的作用

a) rGO和MAPbI3之間的Pb-O-C橋中Pb端的原子排布示意圖；

b,c) Pb-O-C橋中Pb端的軌道特征。

圖6 MAPbI3/rGO制氫機理示意圖

MAPbI3/rGO制氫機理示意圖。

【小結】

研究人員利用簡單、高效的光反應方法在室溫下制備了MAPbI3/rGO復合材料。上述復合材料在HI溶液中具有良好且非常穩定的制氫活性。MAPbI3的光生電子轉移到rGO位點，進而將質子還原為H2。其他有機/無機雜化鈣鈦礦/還原氧化石墨烯復合材料也可能具有一定可見光催化活性。

文獻鏈接： Composite of CH3NH3PbI3 with Reduced Graphene Oxide as a Highly Efficient and Stable Visible-Light Photocatalyst for Hydrogen Evolution in Aqueous HI Solution?(Adv. Mater., 2018, DOI: 10.1002/adma.201703792)

本文由材料人編輯部新能源小組abc940504編譯整理，參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065953”。

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入編輯部。歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱tougao@cailiaoren.com。

儀器設備、試劑耗材、材料測試、數據分析，找材料人、上測試谷！

分享到