近日，华东理工大学材料科学与工程学院侯宇教授等在国际知名学术期刊《德国应用化学》上，发表了题为“新型极性二维D-J型卤化物钙钛矿的光催化产氢性能研究”的研究论文，在线报道了新型极性钙钛矿光催化材料领域的研究成果。
氢气作为一种新型的清洁能源，被广泛应用到燃料电池和石化行业。光催化制氢技术可以实现“零碳”制氢，对助力“双碳”目标实现具有重要意义。在已开发的光催化材料中，极性材料因其具有去极化电场促进的光生载流子分离的独特性质，被认为是光催化领域最具潜力的材料之一。然而，传统的无机极性光催化材料存在带隙宽、载流子传输能力差等问题，导致光催化制氢综合效率较低。相比之下，二维卤化物钙钛矿材料具有可调的光学带隙、高光吸收系数、高载流子输运性能等优异光电特性；同时，这类材料原子组成、排布结构可调，通过引入功能性配体、打破结构对称性，可以赋予材料自发极化等功能特性。
2-APDPI（a）、3-APDPI（b）和4-APDPI（c）沿a轴观察到的结构堆积图，展示出独特的二维DJ型钙钛矿结构。2-APDPI(d)、3-APDPI(e)和4-APDPI(f)的扫描电镜图像。
值得注意的是，极性2-APDPI和4-APDPI的光催化产氢速率分别比中心对称的3-APDPI增加了3.9倍和2.8倍。借助开尔文探针力显微镜和单颗粒荧光寿命成像等载流子动力学表征手段，验证了沿其极化方向上存在着较强的去极化电场。结合吸收度、带隙、载流子传质、能带位置及周期性压力下的光催化产氢速率对比等理化性质研究，发现极性2-APDPI和4-APDPI优异的光催化产氢性能主要归因于自发极化促进的光生成载流子分离作用。上述工作为探索新型极性光催化剂、进一步提高光催化制氢效率提供了新思路。
极性2-APDPI单晶的AFM高度分布图（a）、相应的暗态KPFM电势分布图（b）和荧光寿命分布图（c）。中心对称3-APDPI单晶的AFM高度分布图（d）、相应的暗态KPFM电势分布图（e）和荧光寿命分布图（f）。测试得到的2-APDPI、3-APDPI和4-APDPI的d33压电系数（g）和表面光电压（h）。在纯超声、纯光照和光照超声条件下，2-APDPI/Pt、3-APDPI/Pt和4-APDPI/Pt的光催化产氢速率对比（i）。
该研究工作以华东理工大学为唯一通讯单位。华东理工大学材料科学与工程学院侯宇教授和杨化桂教授为本论文的通讯作者，博士后彭玉为本论文的第一作者。研究工作得到国家重点研发计划等项目的资助。
