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第一作者：郭庆
通讯作者：郭庆，段新华，吴骊珠
通讯单位：西安交通大学，中国科学院理化技术研究所
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202419082
摘要
本研究聚焦于通过A位掺杂卤化物钙钛矿来促进光催化H2进化中的电荷载流子动力学。研究团队通过在CsPbBr3中掺杂钾（K+），首次揭示了K+在CsPbBr3中的占据位置为晶格掺入而非表面偏析，并且随着K+浓度的增加，K+的占据位置会从A位替代转变为晶格间隙位。以氢气（H2）进化为模型反应，发现K+掺杂后的CsPbBr3光催化活性显著提高，A位替代的K+掺杂使活性提高了约11倍，优于间隙位掺杂。此外，其他碱金属如锂（Li）、钠（Na）和铷（Rb）掺杂也得到了相同的结果。机理研究表明，K+ A位掺杂后，晶格应变的放松促进了电荷载流子动力学，并且带隙上移，导致光生电子参与还原反应，从而提高了光催化活性。这一发现为设计基于MHPs的光催化剂提供了新途径，为太阳能到化学能的转换提供了有效的策略。
研究成果
中国科学院理化技术研究所吴骊珠院士、西安交通大学段新华教授/郭庆博士在《Angewandte Chemie International Edition》上发表了题为“Promoting Charge-Carriers Dynamics by Relaxed Lattice Strain in A-site-doped Halide Perovskite for Photocatalytic H2 Evolution”的论文，研究团队成功地将钾（K+）掺杂到CsPbBr3粉末中，并通过反溶剂沉淀法实现了K+在CsPbBr3晶格中的掺入。通过X射线衍射（XRD）、高角环形暗场扫描透射电子显微镜（HAADF-STEM）和密度泛函理论（DFT）计算等技术手段，研究了K+在CsPbBr3中的占据位置，并发现随着K+浓度的增加，K+的占据位置会从A位替代转变为晶格间隙位。实验结果表明，K+掺杂后的CsPbBr3在可见光照射下光催化活性显著增强，特别是在K+浓度为11.1%时，实现了对CsPbBr3光催化H2进化率约11倍的提高。
论文亮点
1.首次揭示了K+在CsPbBr3中的占据位置随浓度变化的规律，为理解掺杂位置对光催化性能的影响提供了新见解。
2.通过实验和理论计算相结合的方法，证实了A位掺杂相较于间隙位掺杂在提高光催化活性方面的优势。
3.阐明了K+ A位掺杂后晶格应变放松促进电荷载流子动力学，以及带隙上移的机理，为设计高效光催化剂提供了新思路。
4.研究结果表明，通过A位掺杂碱金属是提高MHPs基光催化剂性能的有效策略，为太阳能到化学能的转换提供了新途径。
图文导读
图1：不同K+浓度下合成的Cs1-xKxPbBr3的XRD图谱，显示了K+掺杂对晶格参数的影响。
图2 掺杂不同 K+浓度的Cs1-xKxPbBr3样品光催化产氢性能研究。
图3：不同K+浓度下CsPbBr3的H2进化活性，展示了K+掺杂对光催化活性的显著提升。
结论
本研究通过在CsPbBr3中掺杂K+，显著提高了其光催化H2进化的活性。研究不仅揭示了K+在CsPbBr3中的占据位置随浓度变化的规律，而且阐明了A位掺杂相较于间隙位掺杂在提高光催化活性方面的优势。这一发现为设计和优化基于MHPs的光催化剂提供了重要的理论和实验依据。
作者简介
郭庆，西安交通大学助理教授、硕士生导师，入选西安交通大学“青年优秀人才支持计划”。博士毕业于中国科学院理化技术研究所，南方科技大学博士后。研究方向为卤基钙钛矿材料的精细结构调控及其在光催化领域的应用，在Chem, Angewandte Chemie International Edition, ACS Catalysis等期刊发表论文10余篇，主持并参与了多项国家自然科学基金项目。
段新华，西安交通大学教授、博士生导师。博士毕业于兰州大学功能有机分子化学国家重点实验室，法国国家科学研究中心博士后。主要研究方向为有机合成方法学及功能有机高分子材料设计与合成。
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