开发具有窄禁带、高稳定性的半导体是实现太阳能到化学能转换的关键。以卤化物钙钛矿太阳能电池为代表的含碘化合物,由于其窄禁带和长寿命载流子而引起了人们的关注,但由于碘容易自氧化而被认为不适合于苛刻的光催化水分解。
近日,日本京都大学Ryu Abe,Hiroshi Kageyama报道了一种层状Sillén−Aurivillius碘氧化物,Ba2Bi3Nb2O11I,其不仅比它的氯化物和溴化物具有更宽的可见光范围,而且可以作为一种稳定的光催化剂用于高效水分解。
文章要点
1)密度泛函理论(DFT)计算结果表明,钙钛矿构筑块中的O 2p轨道,而不是先前指出的萤石Bi2O2块中的O 2p轨道反常地推高了价带最大值,这可以通过碘的高极化率的修正的Madelung势来解释。此外,高极化的碘化物使Ba2Bi3Nb2O11I的载流子寿命更长,从而使其量子效率相比其氯化物和溴化物要高得多。
2)研究人员在以Ba2Bi3Nb2O11I为析氧光催化剂的碘基体系中,首次实现了可见光驱动的Z-方案水分解。
这项研究提供了一种新的策略,将可极化的“软”阴离子加入到层状材料的构筑块中,从而可以控制能带结构并改善可见光响应的载流子动力学。
参考文献
Kanta Ogawa, et al, Layered Perovskite Oxyiodide with Narrow Band Gap and Long Lifetime Carriers for Water Splitting Photocatalysis, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c02763
https://doi.org/10.1021/jacs.1c02763