金属卤化物钙钛矿量子点具有高吸光系数和可调的电子特性,作为光电材料已被广泛研究。但由于其在光、热和大气条件下会发生氧化和团聚,因此稳定性不佳,这阻碍了它们在光催化中的应用。近日,吉林大学Jihong Yu,Ji-Jing Xu,Jun-Sheng Qin等报道了通过连续沉积方法将CsPbBr3纳米晶体封装到具有介孔笼(~5.5和4.2 nm)的稳定的铁基金属有机框架(MOFs)中,获得了钙钛矿-MOF复合材料CsPbBr3@PCN-333(Fe),其中的CsPbBr3纳米晶体由于MOF笼的限制作用而稳定,免于聚集或浸出。
本文要点:
1)作者通过透射电子显微镜和相应的mapping分析直接观察到了MOF晶格内单分散的CsPbBr3纳米晶体(4-5 nm),并通过粉末X射线衍射、红外光谱和N2吸附表征进一步进行了证实。
2)密度泛函理论计算研究表明,该复合材料存在显著的从CsPbBr3量子点到PCN-333(Fe)的界面电荷转移,这对光催化非常有利。
3)实验表明,CsPbBr3@PCN-333(Fe)复合材料在非质子系统中表现出优异且稳定的氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)催化活性。
4)CsPbBr3@PCN-333(Fe)复合材料可作为光辅助Li-O2电池中的协同光电阴极,其中CsPbBr3和PCN-333(Fe)分别作为光学天线和ORR/OER催化位点。与CsPbBr3纳米晶体或PCN-333(Fe)相比,CsPbBr3@PCN-333(Fe)光电阴极显示出更低的过电位和更好的循环稳定性,突出了复合材料中CsPbBr3和PCN-333(Fe)之间的协同作用。
该工作不仅为光辅助Li-O2电池提供了一种高效的光电催化剂,而且突出了MOFs在稳定不稳定的光活性材料(如钙钛矿纳米粒子)以形成协同光催化剂作用方面的优势。
Guan-Yu Qiao, et al. Perovskite Quantum Dots Encapsulated in a Mesoporous Metal–Organic Framework as Synergistic Photocathode Materials. J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.1c05907