JACS: Mn掺杂调控钙钛矿纳米板自旋极化，增强光催化CO2还原

华算老司机 • 2022年8月31日上午5:22 • 顶刊 • 阅读 3

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利用太阳能驱动的CO₂还原为增值燃料和化学品最近引起了极大的关注，然而，由于光催化CO₂还原过程涉及缓慢的多电子反应动力学，太阳能驱动的CO₂还原转化效率仍远不能满足实际应用的要求。因此，开发优异的光催化剂对CO₂的光催化还原具有重要意义。“自旋”最近被报道为一种重要的电子自由度，对其进行适度调控能够提高电催化剂和光催化剂的性能。

基于此，台湾大学陈俊维和台湾师范大学Chia-Chun Chen等证明了通过控制卤化物钙钛矿CsPbBr₃纳米板(NPL)的自旋极化电子可以显著提高光催化CO₂还原转化效率。

在该项工作中，通过掺杂磁性元素Mn，增加了光生载流子的自旋极化并抑制了光生电荷复合，Mn掺杂的CsPbBr₃(Mn-CsPbBr₃) NPLs的光催化CO₂还原效率可以显著提高。

值得注意的是，通过施加基于永磁体的外部磁场，可以进一步提高Mn-CsPbBr₃ NPLs的光催化CO₂还原效率。与原始的CsPbBr₃NPL 相比，Mn-CsPbBr₃NPLs在100和300 mT的磁场下(使用永磁体)的光催化CO₂还原反应(CO₂RR)性能分别提高了3.4倍和5.7倍。

此外，研究人员通过磁圆二色光谱、超快瞬态吸收光谱和密度泛函理论(DFT)计算系统地研究了相应的机理。具体而言，Mn-CsPbBr₃NPLs光催化CO₂RR效率提高的原因是由于通过磁性元素的协同掺杂和施加磁场增加了自旋极化光激发载流子的数量，从而延长了载流子寿命并抑制了电荷复合。该项工作为在光催化半导体中操纵自旋极化电子以提高光催化CO₂RR效率提供了一种有效策略。

Spin-Polarized Photocatalytic CO₂ Reduction of Mn-Doped Perovskite Nanoplates. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c06060

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