中大陈洪燕副教授ACS Energy Letters：CsPbBr3@ZIFs纳米复合材料用于高效光催化CO2还原

【引言】

人工光合作用利用太阳光将CO₂转化成有附加值的燃料和化学品，被看作是减轻不断增长的能源危机和环境问题的很好的途径。CO₂还原的光催化剂的转化效率远不尽如人意。卤素钙钛矿是一种迅速发展的光电材料，被应用在很多高性能的光电器件里。最近，卤素钙钛矿在光催化领域表现出巨大的潜力，但它在催化CO₂还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包覆钙钛矿晶体，能够有效提高钙钛矿的稳定性和吸附CO₂的能力。因此合理地设计钙钛矿/MOF复合材料结构有望获得高性能CO₂还原光催化剂，目前还没有相关报道。并且在钙钛矿纳米材料表面可控包覆MOF层也是一项具有挑战性的工作。

【成果简介】

中山大学的陈洪燕副教授课题组采用原位合成的方法制备了具有增强活性的CO₂还原光催化剂—CsPbBr₃@ZIFs复合材料，这种材料极大地改善了CsPbBr₃的水稳定性、CO₂捕获能力和电荷分离效率。而且，ZIF-67中的催化活性中心 Co能进一步加速电荷分离的过程，活化CO₂分子，提高CO₂还原的催化活性。这项工作为设计优秀的钙钛矿/MOF基催化剂提供了新的思路。这项成果于近日发表在ACS Energy Letters上，文章题目为Core@Shell CsPbBr₃@Zeolitic Imidazolate Framework Nanocomposite for Efficient Photocatalytic CO₂ Reduction，通讯作者为陈洪燕副教授，第一作者为孔自成。

【图文导读】

图1. CsPbBr₃@ZIF复合材料的制备过程和表征

a) CsPbBr₃@ZIF复合材料的制备过程和CO₂光还原过程。

b, c) CsPbBr₃@ZIF-8复合材料的低、高倍率TEM图像。c)插图是用红圈标记的CsPbBr₃量子点的高分辨率图像。

d) CsPbBr₃@ZIF-8复合材料的高角环形暗场STEM图像和元素分布图像。

e）CsPbBr₃@ZIF-67复合材料的TEM图像。

图2.XPS图、XRD图和CO₂吸附等温线

a) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF复合材料的XPS的测量谱图

b) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF复合材料的XPS的Pb 4f 谱图

c) CsPbBr₃@ZIF-8复合材料的XPS的Zn 2p谱图

d) CsPbBr₃@ZIF-67复合材料的XPS的Co 2p谱图

e)在室温和湿度为75%的条件下放置不同时间的样品的XRD图

f) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF复合材料在温度为298K时的CO₂吸附等温线

图3 UV-vis、PL、transient-PL 和fs-TA谱图
a) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF复合材料的紫外-可见吸收光谱

b) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF复合材料的稳态光致发光光谱

c) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF复合材料的时间分辨光致发光衰变图

d) CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF复合材料的飞秒瞬态吸收恢复动力学曲线

图4. CsPbBr₃和CsPbBr₃@ZIF复合材料的光催化CO₂还原性能

a）不同催化剂3小时光催化CO₂还原反应的产量分布图

b）CsPbBr₃@ZIF-67复合材料CO₂还原性能的循环测试

【小结】

CsPbBr₃@ZIF-8复合材料和CsPbBr₃@ZIF-67复合材料这两种催化剂通过原位合成的方法被制备出来。复合材料具有增强的CO₂还原反应活性，光催化CO₂还原的电子产率分别是CsPbBr₃的1.39倍和2.66倍。CsPbBr₃和ZIF的协同作用改善了CsPbBr₃的水稳定性、CO₂捕获能力和电荷分离效率，这有助于提高CO₂的还原效率。这项工作为设计优秀的钙钛矿/MOF基催化剂提供了新的见解。

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

本文由材料人编辑部kv1004供稿，材料牛整理编辑。感谢陈洪燕副教授对本文的修改。  

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