Advanced Energy Materials: 有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3压电光催化性能的研究

有机-无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3材料因为具有光谱吸收范围宽、缺陷密度低、载流子复合率低等非常优良的光电性能吸引了广泛关注, 掀起了钙钛矿材料的研究热潮。

香港理工大学应用物理系柴扬课题组利用有机无机杂化钙钛矿CH3NH3PbI3的压电特性,将机械应力用于在CH3NH3PbI3过饱和的水溶液中光解水产氢,通过引入一种交变的外部力学效应,在CH3NH3PbI3内部构筑出更有利于电荷分离的瞬态内建电场。受到机械应力作用,CH3NH3PbI3产生极化内建电场,光生载流子在内建电场作用下向相反反向迁移,达到有效抑制光生电子和空穴复合的目的。文章研究了不同应力对钙钛矿晶相结构和光催化产氢性能的影响。由于钙钛矿中甲基氨基团与Pb-I骨架以氢键结合,光照下钙钛矿产生的光生电子弱化该氢键,使得甲基氨基团扭转,增加了钙钛矿结构的不对称性,进一步提高了钙钛矿在机械应力下的内建电场,更有利于抑制光生载流子的复合,从而实现了压电与光的协同作用,极大地提高了钙钛矿的催化效率。本文第一作者为中山大学王梦晔副教授,通讯作者为香港理工大学柴扬副教授,相关成果发表在Adv. Energy Mater. (DOI: 10.1002/aenm.201901801)。

众所周知,有机-无机杂化钙钛矿对湿度非常敏感,为什么CH3NH3PbI3可以在水溶液中稳定存在进行光催化产氢?该工作为提高CH3NH3PbI3稳定性提供了新思路,也引发了为何 CH3NH3PbI3可在光催化过程中维持稳定的思考,相关的研究工作仍在继续。