前沿交叉科学青岛研究院韩克利教授团队揭示非铅钙钛矿中调控光致发光和光催化活性的动力学机理-k8体育

近日，前沿交叉科学青岛研究院分子科学与工程研究院韩克利教授团队在复杂体系非铅钙钛矿动力学机理研究方面取得新进展，实现了光致发光和光催化可调控的功能，并针对一系列的性能变化探究了其动力学机理。相关研究成果以controlling photoluminescence and photocatalysis activities in lead-free cs₂pt_xsn_1-xcl₆perovskites via ion substitution为题发表在angew. chem. int. ed.上。山东大学为该论文的第一完成单位，分子科学与工程研究院2018级博士研究生尹航为该论文的第一作者，韩克利教授为该论文的通讯作者。

全无机非铅钙钛矿因具有低毒性和高稳定性的特征，已被应用到了发光领域和光催化领域当中。但是由于在水中的稳定性仍然受到限制，目前仍没有高效的可以同时实现水中发光和光催化活性调控的非铅钙钛矿材料。锡（iv）基钙钛矿cs₂sncl₆虽然具有优良的水稳定性和空位有序的结构，但是该材料具有极宽的光学带隙，这大大限制了其对可见光的利用率和荧光量子产率。如何基于原有性能优势，设计合成新型非铅钙钛矿材料，提高对光生载流子的利用效率，成为了当前研究的主要问题。

本工作中，该团队创新性的合成了一系列锡铂基钙钛矿cs₂pt_xsn_1-xcl₆，通过调节pt/sn的取代比例，有效地调控了光学带隙，并在可见光区产生了第一激子吸收峰，打破了跃迁禁阻效应，实现了水中发光和光解水产氢的双应用。当pt⁴ 含量较多（x=0.75）时，该材料展现出宽光谱、长寿命、高效稳定的橙色荧光发射；当pt⁴ 含量极少（x=0.05）时，该材料具有更强的水稳定性和有效的光解水产氢活性，但是伴随而来的是减弱的荧光发光强度和降低的荧光量子产率。这一光学性能的切换调控与材料中亚带隙的形成有着密切的关联。研究人员通过紫外可见吸收光谱、变温荧光光谱和时间分辨荧光光谱，结合自主研发的泵浦-探测飞秒时间分辨光谱仪等手段，证明了材料中亚带隙的存在，同时揭示了自陷态荧光发射和光解水产氢两种不同模型中光生载流子的动力学进程。为开发复杂功能化的非铅钙钛矿材料提供了独特的研究策略。上述工作得到国家自然科学基金委人工光合成基础科学中心和国家自然科学基金重点项目等资助。

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