金属卤化物钙钛矿（MHPs）材料具有优异的光电物理特性，是实现光催化制氢反应的理想载体。但是，MHPs表面通常存在大量缺陷并且缺乏高效的析氢反应（HER）活性位点，导致严重的光生电荷，太阳能到化学能（STC）转换效率远低于理论水平。
为了解决上述问题，大连海事大学的宗旭教授和澳大利亚昆士兰大学的王连洲院士合作提出了一种钙钛矿表面双功能化调控策略，通过钝化钙钛矿表面缺陷并协同引入高度分散的无定形硫化钼（MoSx）产氢助催化剂，极大的提升钙钛矿的电荷分离、传输效率，实现高效光催化制氢反应。
以往工作采用预先合成的晶态二硫化钼（MoSx）作为光催化剂的助催化剂。同该思路不同，本工作采用含有钼、硫元素的助催化剂前驱体分子对MHPs进行修饰。得益于助催化剂前驱体分子优异的分散性和钙钛矿中的铅元素和前驱体分子中硫元素间的强化学作用，PbS和无定形MoSx助催化剂可在MHPs表面原位、紧密、高分散组装。其中，PbS助催化剂可有效钝化MHPs中的缺陷，从而在钙钛矿-PbS间实现超过90%的界面电荷转移效率。此外，非晶态MoSx助催化剂不仅进一步促进了光生电子的提取，还为MHPs光催化产氢反应提供了优异的催化活性位点。
最终，通过PbS和MoSx助催化剂的协同调控，几种典型的二维、三维MHPs均实现了极为优异的光催化产氢性能。其中，双功能化的甲脒基铅溴碘化铵FAPbBr3-xIx获得了约4.63%的STC效率，是目前金属卤化物制氢领域最高效率之一。
该研究为MHPs的电荷传输调控提供了一种普适的方法，展现了助催化剂精细调控对提升钙钛矿光催化制氢性能的重要作用。作者预计通过进一步优化该双功能化调控策略，有望获得更为高效的基于MHPs的太阳能燃料制备系统。
论文信息
Simultaneous Defect Passivation and Co-Catalyst Engineering Leads to Superior Photocatalytic Hydrogen Evolution on Metal Halide Perovskites
Dr. Ting Xu, Dr. Yuxin Xie, Dr. Shengliang Qi, Dr. Hefeng Zhang, Dr. Weiguang Ma, Prof. Junhui Wang, Dr. Yuying Gao, Prof. Lianzhou Wang, Prof. Xu Zong
Angewandte Chemie International Edition
DOI: 10.1002/anie.202409945
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