Advanced Functional Materials:CsPbB3/Bi2WO6 2D/2D Z-型异质结增强光催化CO2还原性能

化石燃料的大量使用增加了CO2排放,加剧了能源危机和全球变暖问题。光催化转换CO2到有机燃料有望成为一种理想的解决方式。具有优异光电性能的卤素钙钛矿(PVK)是一类很有发展潜力的光催化剂,但其较高的荧光量子效率限制了其光催化性能的发挥。为了解决这一问题,将PVK与半导体或金属构建异质结有助于光生电荷的转移和分离。

中山大学匡代彬教授和陈洪燕副教授研究团队成功研发了一种新型2D/2D CsPbBr3/Bi2WO6 Z-型异质结,应用于光催化CO2还原获得了显著增强的性能。通过静电作用力将超薄Bi2WO6纳米片组装到CsPbBr3纳米片表面构建了大接触面积、紧密接触的异质界面,有效促进了Bi2WO6和CsPbBr3之间的Z型界面电荷转移,提高了光生电荷的分离效率。利用超快光谱、ESR和KPFM等表征技术深入研究了CsPbBr3/Bi2WO6异质界面光生载流子动力学。本文通过简单的静电自组装技术将超薄Bi2WO6纳米片组装到CsPbBr3纳米片表面构建了Z-型2D/2D复合光催化剂,并利用超快光谱、电化学测试以及KPFM等技术对复合材料内部电荷动力学行为进行了详细探究。研究结果表明Bi2WO6与CsPbBr3纳米片之间形成了Z-型异质结构,并且几个原子层厚度的超薄纳米片具有较大的比表面积,有助于增加两种材料的接触面积并有效缩短光生电荷转移距离,大大提升光生电荷的分离效率,并保留了光生载流子较强的氧化还原能力。因此,CsPbBr3/Bi2WO6复合材料表现出优异的光催化CO2还原活性。进一步负载Pt纳米颗粒作为助催化剂之后,其光生电子产率达324.0 μmol g-1 h-1,是单独CsPbBr3纳米片的12.2倍。该研究表明,调控异质结构界面质量是提高光催化性能的有效手段。这一结果将为高效卤素钙钛矿基复合光催化剂的设计提供新的思路。相关结果发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202004293)上。