中大陳洪燕副教授ACS Energy Letters：CsPbBr3@ZIFs納米復合材料用于高效光催化CO2還原

【引言】

人工光合作用利用太陽光將CO₂轉化成有附加值的燃料和化學品，被看作是減輕不斷增長的能源危機和環境問題的很好的途徑。CO₂還原的光催化劑的轉化效率遠不盡如人意。鹵素鈣鈦礦是一種迅速發展的光電材料，被應用在很多高性能的光電器件里。最近，鹵素鈣鈦礦在光催化領域表現出巨大的潛力，但它在催化CO₂還原受到了其自身局限性的限制。MOF具有很好的吸附和活化CO₂的能力，用MOF包覆鈣鈦礦晶體，能夠有效提高鈣鈦礦的穩定性和吸附CO₂的能力。因此合理地設計鈣鈦礦/MOF復合材料結構有望獲得高性能CO₂還原光催化劑，目前還沒有相關報道。并且在鈣鈦礦納米材料表面可控包覆MOF層也是一項具有挑戰性的工作。

【成果簡介】

中山大學的陳洪燕副教授課題組采用原位合成的方法制備了具有增強活性的CO₂還原光催化劑—CsPbBr₃@ZIFs復合材料，這種材料極大地改善了CsPbBr₃的水穩定性、CO₂捕獲能力和電荷分離效率。而且，ZIF-67中的催化活性中心 Co能進一步加速電荷分離的過程，活化CO₂分子，提高CO₂還原的催化活性。這項工作為設計優秀的鈣鈦礦/MOF基催化劑提供了新的思路。這項成果于近日發表在ACS Energy Letters上，文章題目為Core@Shell CsPbBr₃@Zeolitic Imidazolate Framework Nanocomposite for Efficient Photocatalytic CO₂ Reduction，通訊作者為陳洪燕副教授，第一作者為孔自成。

【圖文導讀】

圖1. CsPbBr₃@ZIF復合材料的制備過程和表征

a) CsPbBr₃@ZIF復合材料的制備過程和CO₂光還原過程。

b, c) CsPbBr₃@ZIF-8復合材料的低、高倍率TEM圖像。c)插圖是用紅圈標記的CsPbBr₃量子點的高分辨率圖像。

d) CsPbBr₃@ZIF-8復合材料的高角環形暗場STEM圖像和元素分布圖像。

e）CsPbBr₃@ZIF-67復合材料的TEM圖像。

圖2.XPS圖、XRD圖和CO₂吸附等溫線

a) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF復合材料的XPS的測量譜圖

b) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF復合材料的XPS的Pb 4f 譜圖

c) CsPbBr₃@ZIF-8復合材料的XPS的Zn 2p譜圖

d) CsPbBr₃@ZIF-67復合材料的XPS的Co 2p譜圖

e)在室溫和濕度為75%的條件下放置不同時間的樣品的XRD圖

f) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF復合材料在溫度為298K時的CO₂吸附等溫線

圖3 UV-vis、PL、transient-PL 和fs-TA譜圖
a) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF復合材料的紫外-可見吸收光譜

b) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF復合材料的穩態光致發光光譜

c) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF復合材料的時間分辨光致發光衰變圖

d) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF復合材料的飛秒瞬態吸收恢復動力學曲線

圖4. CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF復合材料的光催化CO₂還原性能

a）不同催化劑3小時光催化CO₂還原反應的產量分布圖

b）CsPbBr₃@ZIF-67復合材料CO₂還原性能的循環測試

【小結】

CsPbBr₃@ZIF-8復合材料和CsPbBr₃@ZIF-67復合材料這兩種催化劑通過原位合成的方法被制備出來。復合材料具有增強的CO₂還原反應活性，光催化CO₂還原的電子產率分別是CsPbBr₃的1.39倍和2.66倍。CsPbBr₃和ZIF的協同作用改善了CsPbBr₃的水穩定性、CO₂捕獲能力和電荷分離效率，這有助于提高CO₂的還原效率。這項工作為設計優秀的鈣鈦礦/MOF基催化劑提供了新的見解。

文獻鏈接：Core@Shell CsPbBr₃@Zeolitic Imidazolate Framework Nanocomposite for Efficient Photocatalytic CO2 Reduction（ACS Energy Lett.，2018，DOI：10.1021/acsenergylett.8b01658）

本文由材料人編輯部kv1004供稿，材料牛整理編輯。感謝陳洪燕副教授對本文的修改。??

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