近日，马建中教授团队在无铅双钙钛矿光催化领域取得新的研究进展。相关成果以“Water-Driven Boost of the Visible Light Photocatalytic Performance of Cs₂AgBiBr₆ Double Perovskite Nanocrystals”为题在国际期刊《Journal of Materials Chemistry A》上发表论文。本文第一作者是陕西科技大学范倩倩副教授，第二作者为卫思颖硕士研究生，陕西科技大学马建中教授为本文的通讯作者。

近年来，无铅卤系钙钛矿由于其强的光吸收能力和带隙可调等优点已广泛应用于光催化领域，然而其耐水稳定性差一直被认为是阻碍应用的主要原因。前期研究发现：Bi基卤系钙钛矿在水中会生成BiOBr，对钙钛矿表面进行保护和钝化，但该方面系统的研究仍鲜见报道。考虑到BiOBr也是一种广泛研究的光催化剂，马建中教授团队以具有良好可见光催化活性的Cs₂AgBiBr₆双钙钛矿为研究对象，系统地考察了其在含水量不同的催化体系中的光催化性能。研究发现：在含水体系中应用时，Cs₂AgBiBr₆双钙钛矿表面会生成BiOBr，同时形成一种独特的Cs₂AgBiBr₆/BiOBr Z型异质结，从而使得光催化性能明显提升。在此过程中，监测了Cs₂AgBiBr₆纳米晶在含水量不同的催化体系中结构和光催化性能的变化。讨论并分析了浸水后Cs₂AgBiBr₆/BiOBr Z型异质结的能带匹配、载流子分离及其光催化机理。

图1. Cs₂AgBiBr₆纳米晶和浸水后Cs₂AgBiBr₆纳米晶：(a)光电流响应；(b)电化学阻抗谱；(c)时间分辨荧光光谱；Cs₂AgBiBr₆(d)和BiOBr (e)的Mott-Schottky曲线

图2.浸水后Cs₂AgBiBr₆在光照射下促进电荷分离的机制示意图：(a)传统的II型异质结；(b)直接Z型异质结

基于上述研究，提出了以传统II型异质结和直接z型异质结为重点的两种可能的机理，通过带隙匹配排除传统II型异质结的电子传输机理，确定了其为Z型异质结结构。研究结果表明，体系中适量的水可以加快Cs₂AgBiBr₆的光催化速率。浸水后Cs₂AgBiBr₆表面生成的BiOBr可以增强其捕光能力，拓宽光吸收区域，提高光生载流子的传输速率。与Cs₂AgBiBr₆相比，浸水后的Cs₂AgBiBr₆在可见光照射下对RhB染料的降解速度提高了1.5倍，其中·O₂^-和·OH在光催化过程中起关键作用。该研究将为Bi基卤系钙钛矿在含水体系中的光催化应用提供新的思路。