超稳定水分散性钙钛矿纳米晶：助力电化学CO₂还原

CsPbBr₃纳米晶体制备如图1所示。

CsPbBr₃纳米晶在正己烷(h-CsPbBr₃)和水(w-CsPbBr₃)中显示出完全相反的分散性。在w-CsPbBr₃的制备过程中，超声处理后水层顶部出现有机层，表明表面有机配体被去除。w-CsPbBr₃的XRD谱图呈现出CsPbBr₃立方相，表明在w-CsPbBr₃的CsBr具有优异的水溶性。TEM图像表明w-CsPbBr₃具有均匀的尺寸分布、规则的相貌和良好的结晶。紫外可见和PL光谱结果表明，h-CsPbBr₃纳米晶的吸收起始波长和PL峰分别位于519和514 nm处，低于w-CsPbBr₃纳米晶(521和516 nm)。

时间分辨PL光谱结果显示，w-CsPbBr₃纳米晶比h-CsPbBr₃纳米晶具有更长的PL寿命，表明w-CsPbBr₃纳米晶具有低的表面缺陷浓度，这是由于水中的Cs⁺和Br⁻离子引起的表面钝化效应。此外，老化200天的w-CsPbBr₃纳米晶的PL寿命为9.90 ns，接近初始值(10.27 ns)，而h-CsPbBr₃纳米晶的PL寿命显著降低到2.92 ns，这进一步揭示了w-CsPbBr₃纳米晶具有更低的表面缺陷浓度和更高的稳定性。

图3. 新鲜制备(a)和老化200天(b)的h-CsPbBr₃和w-CsPbBr₃纳米晶的TRPL光谱；(c) h-CsPbBr₃和w-CsPbBr₃纳米晶的PL稳定性；(d) CsPbBr₃纳米晶表面钝化示意图。

II CsPbBr₃纳米晶水稳定机制

通过计算吸附H₂O分子后CsPbBr₃的晶体结构畸变和电荷重新分布，以阐明CsBr诱导w-CsPbBr₃纳米晶的水稳定性的机制。计算结果表明，CsBr钝化结构没有发现显著变化，表明CsBr钝化结构非常稳定。这些结果进一步表明，CsBr盐对w-CsPbBr₃纳米晶在水中的超稳定性起着至关重要的作用。

电化学CO₂还原测试结果表明，w-CsPbBr₃纳米晶的主要产物为H₂、CO和CH₄。在-0.7 V 时，H₂大于70%，这表明在此电位下，与CO₂ RR相比，析氢反应为主要反应。电位从-0.8 V开始，CO₂ RR 主要生成CO 和CH₄；在-1.1V 时，反应主要产生CH₄ (32%)和CO (40%)。

图5. w-CsPbBr₃纳米晶的电化学CO₂还原性能。

图6. 理论计算。

IV 结论

本文通过在贫铅环境中采用热注射法制备出水稳定性的CsPbBr₃纳米晶体。与分散在正己烷中的CsPbBr₃纳米晶体相比，所制备的水分散性CsPbBr₃纳米晶体表现出更高的光致发光量子产率(91%)和更低的缺陷浓度。此外，水分散性CsPbBr₃纳米晶体老化200天后，初始PL强度仅下降约20%。首先将CsPbBr₃纳米晶体应用在电化学CO₂还原反应上，表现出高电催化活性和稳定性(>350 h)。这项工作不仅为合成水分散性钙钛矿纳米晶提供了一种有效的方法，而且在电催化方面的应用也显示出极好的潜力。