天津理工大学材料学院鲁统部

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利用清洁的太阳能将CO2转化为具有更高附加值的化学品是解决能源危机与环境污染，实现可持续发展的理想方案之一。铅基卤化钙钛矿（LHPs）由于具有优异的光学性质（如易调节的带隙、高吸收系数、长载流子寿命）以及低廉的制备成本等优点，近年来被广泛地应用于光催化CO2还原。然而，相较于传统半导体催化剂，铅基卤化钙钛矿稳定性较差，且具有较强的毒性。其中毒性问题限制了其在光催化领域的商业化应用前景。因此，开发一种稳定性较好且毒性小的非铅卤化钙钛矿催化剂是解决这个问题的有效策略。针对此问题，直接有效的解决方案就是寻找一种合适的金属，如锡、铋、锑和锑来替代铅，制备非铅卤化钙钛矿。在这些非铅钙钛矿中，与LHPs相比，铋基卤化钙钛矿因其低毒性和高稳定性受到越来越多的关注。然而，美中不足的是，相对于LHPs，铋基卤化钙钛矿表现出更大的激子结合能和更深的缺陷能级，不利于光生载流子的分离。因此，需要寻找有效的方法来提高非铅卤化钙钛矿的电荷分离效率，从而提升其光催化活性。

        针对这一问题，中国天津理工大学新能源材料与低碳技术研究院张敏和鲁统部教授研究团队以Bi2WO6超薄纳米片为基底，通过共享Bi原子的策略原位生长了Cs3Bi2I9非铅钙钛矿纳米晶，构建了Cs3Bi2I9/Bi2WO6异质结。他们通过XPS、原位XPS以及瞬态光电流测试证实了Cs3Bi2I9与Bi2WO6两种半导体之间的电子转移方向符合Z型异质结的转移机制。通过共享Bi原子可以有效地促进两种半导体之间光生载流子的转移，从而提升其光生电子和空穴的分离效率。此外，通过构建直接Z型异质结使两种半导体的氧化还原能力得到了很好的保持。因此，相对于纯Cs3Bi2I9，Cs3Bi2I9/Bi2WO6异质结表现出显著增强的光催化CO2还原活性。该工作为提高非铅卤化钙钛矿光催化CO2还原活性提供了一种行之有效的策略，将进一步推动非铅卤化钙钛矿在光催化领域的应用。相关结果发表在Solar RRL（DOI: 10.1002/solr.202000691）上。