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The Eu2+/Eu3+ Redox Sites Stabilize the CsPbBr3 Perovskite Lattice and Modulate Electron–Phonon Dynamics for Enhanced CO2 Photoreduction

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作者
Xiaodan Ma,Chenyu Du,Fengyi Zhong,Ye He,Yanjuan Sun,Jianping Sheng,Fan Dong
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:16 (12): 10976-10987 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acscatal.5c09243
摘要

Abstract CsPbBr3 perovskite nanocrystals have been investigated as photocatalysts for CO2 reduction owing to their excellent light-harvesting and multi-exciton generation. However, under strong illumination, Pb2+ migration and reduction to metallic Pb0 cause lattice collapse and accelerated carrier recombination, severely limiting their stability and photocatalytic performance. Here, we developed a dynamic valence regulation approach using Eu2+/Eu3+ redox couple to enhance lattice stability and improve photocatalytic performance by suppressing Pb2+ migration and Pb0 exsolution, modulating phonon coupling, and prolonging hot-carrier lifetimes. Experimental analyses suggest that Eu incorporation, together with mixed Eu valence states, is associated with improved lattice stability and reduced Pb-related destabilization under photocatalytic conditions. Moreover, Eu incorporation strengthens lattice rigidity and reduces electron–phonon coupling, which collectively slows down the thermalization of hot carriers. Transient absorption spectroscopy indicates a nearly 4-fold extension in hot-carrier lifetime compared to the pristine counterpart. As a result, the Eu-modified CsPbBr3 exhibits a 6-fold enhancement in CO2-to-CO conversion activity (300 ± 5 mmol·m−2) and maintains over 80% of its activity after continuous operation for 60 h. This work proposes a synergistic redox-lattice-carrier regulation mechanism, providing insights into the rational design of metal halide perovskite photocatalysts.
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