龔秀教授、張文華教授，JMCA研究：構建全零維CsPbBr3/CdSe異質結以實現高效光催化還原二氧化碳
【文章信息】
構建全零維CsPbBr3/CdSe異質結以實現高效光催化還原二氧化碳
第一作者：殷桂林
通訊作者：龔秀*，王擎龍*，張文華*
單位：貴州大學，河南大學，雲南大學
【研究背景】
21世紀以來，化石燃料的過度使用造成了嚴重的能源危機和環境問題，利用太陽能將二氧化碳（CO2）轉化為有價值的清潔能源，被認為是解決能源危機和環境問題（降低CO2濃度）最有前途的策略之一。然而，快速的載流子重組、催化劑活性低是光催化二氧化碳還原（CO2RR）的主要挑戰。
CsPbBr3是一種典型的鹵化物鈣鈦礦材料，由於其優異的光發射範圍窄、高光致發光量子產率和可調諧帶隙，在光電應用領域引起了重要的科學興趣，CsPbBr3成為高效光催化的潛在候選材料。但是，在CO2RR中由於電荷重組、缺乏活性位點和穩定性不足，使得單獨的CsPbBr3量子點催化活性逐漸降低。在以往的研究中，採用多種催化劑與CsPbBr3量子點結合彌補了自身的缺點，從而進一步提高催化性能和穩定性。
本工作通過在CsPbBr3量子點原位生長CdSe量子點構建0D/0D異質結，獨特的0D/0D結構縮短光生電荷的遷移路徑，並通過量子點邊緣/角位點提供了豐富的活性位點。CsPbBr3與窄帶隙CdSe相協調構建全0D結構的II型異質結，有效地增大了光的捕獲、激子的產生和二氧化碳的活化。更重要的是，CdSe和CsPbBr3之間通過Pb-Se和Cd-Br鍵的強界面相互作用，顯著提高了CsPbBr3/CdSe之間的電荷轉移和結構穩定性，從而大幅度的提高了催化性能和穩定性。
【文章簡介】
近日，來自貴州大學的龔秀教授與河南大學的王擎龍老師和雲南大學的張文華教授合作，在國際知名期刊 Journal of Materials Chemistry A上發表題為”Constructing all Zero-dimensional CsPbBr3/CdSe Heterojunction for Highly Efficient Photocatalytic CO2 Reduction”論文。該文章通過在CsPbBr3量子點原位生長CdSe量子點構建0D/0D異質結，獨特的0D/0D結構縮短光生電荷的遷移路徑，並提供豐富的活性位點。在不使用犧牲劑的情況下，CsPbBr3/CdSe表現出優異的CO2RR性能，約為CsPbBr3的4.6倍。通過理論計算和實驗可知CdSe和CsPbBr3之間Pb-Se和Cd-Br鍵的相互作用有利於電荷的分離和CO2的吸附。
Fig. 1. 光催化還原CO2的機理圖
【本文要點】
要點一：利用快速熱注射法在CsPbBr3上生長CdSe形成CsPbBr3/CdSe異質結材料
Fig. 2. (a) CsPbBr3/CdSe合成示意圖；（b）CsPbBr3/CdSe的TEM圖；（c）元素掃描圖；（d）CsPbBr3/CdSe高分辨圖；（e）CsPbBr3/CdSe和CdSe的XRD圖；（f）CsPbBr3、CdSe和CsPbBr3/CdSe的紫外吸收圖。
要點二：CsPbBr3/CdSe界面Pb-Se, Cd-Br鍵促進電荷分離和催化性能及穩定性
Fig. 3. （a）熒光光譜；（b）瞬態熒光光譜；（c）各樣品的產量；（d）CsPbBr3/CdSe的循環穩定性；（e）電化學阻抗譜；（f）催化劑的光電流響應光譜。
要點三：CsPbBr3/CdSe界面鍵的形成和還原機理探究
Fig. 4. (a) CsPbBr3/CdSe 電子局域函數圖譜；（b）CsPbBr3/CdSe差分電荷密度; （c）和（d）催化劑的原位紅外光譜。
要點四：CsPbBr3/CdSe異質結反應機理和電荷轉移路徑
Fig. 5. 電荷轉移路徑和反應機理圖
【文章鏈接】
https://pubs.rsc.org/en/content/articlepdf/2022/TA/D2TA05186A?page=search
【通訊作者簡介】
龔秀教授簡介：2020年博士畢業於華中科技大學武漢光電國家研究中心，師從華中科技大學武漢光電國家研究中心王鳴魁教授。2020年加入貴州大學，現為貴州大學物理學院凝聚態物理專業研究生導師。長期從事半導體光電材料與器件、光電催化材料設計與應用研究、鈣鈦礦太陽能電池。以第一作者或者通訊作者身份在Science Advances., Advanced Functional Materials., Nano letters., ACS Nano., J. Mater, Chem. A.,等國際期刊上發表多篇高水平研究論文。
王擎龍老師簡介：2016年6月畢業於河南大學納米材料工程研究中心，獲得理學碩士學位；2016.07-2017.05，在中國科學院化學研究所做項目聘用；2017.09-2020.06就讀於華中科技大學武漢光電國家研究中心，獲得工學博士學位；2021.09——至今：就職於河南大學納米材料工程研究中心。研究方向主要為光/電催化中納米材料的合成及其催化還原CO2的研究。以第一作者在Nano Energy, Applied Catalysis B: Environmental, Applied Surface Science等國際期刊發表高水平文章。
張文華教授簡介：學習經歷：1993年：南京理工大學化學工程學士；1997年：中國科技大學無機化學碩士；2000年：中科院上海硅酸鹽研究所，材料學博士；主要工作經歷：2007.10——20015.10：中國科學院大連化學物理研究所；2015.11——2021.08：中國工程物理研究院（成都）；2021.09——至今：雲南大學材料與能源學院；人才計劃與榮譽2004年：德國洪堡學者； 2009年：中科院百人計劃；2016年：四川省千人計劃領軍人才；2021年：雲南大學高層次引進人才（第二層次）學術兼職：2021年：中國可再生能源學會光伏專委會委員（理事）；2018年：中國材料研究學會太陽能材料專委會副秘書長；2016年：《Journal of Energy Chemistry》執行編委；
張文華教授的主要研究方向是鈣鈦礦太陽能電池、電催化材料與光伏電解水制氫；在Energy & Environmental., Science Advanced Materials., Angew. Chem. Int. Ed., Advanced Functional Materials., Advanced Materials., J．Am. Chem. Soc., 等國際期刊發表了許多高水平文章。
【第一作者介紹】
殷桂林，2020年畢業於瀋陽工業大學，獲得學士學位。現為貴州大學物理學院碩士研究生。主要從事光催化半導體轉化方向和鈣鈦礦太陽能電池方向。
