Embedding Cu 4 X 4 Cubane Clusters into Lead Halide Lattices: Stable 3D Cu‐Pb Bimetallic Halide Frameworks for Photocatalytic CO 2 ‐to‐Ethylene Conversion in Water

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作者
Dongyang Li,Wen Ma,Jinlin Yin,Chen Sun,Fanyu Meng,Chao Wu,Chi Zhang,Honghan Fei
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:38 (9): e16054-e16054
标识
DOI:10.1002/adma.202516054
摘要

3D hybrid lead halides have emerged as promising photofunctional materials; however, the 3D structural prototypes remain scarce due to the stringent requirements for organic cations to fit within the framework cavities and stabilize PbX6 networks. Moreover, their ionic-bound nature and highly symmetric PbX6 units often result in structural instability and suppressed C─C coupling capabilities, posing significant challenges for photocatalytic CO2-to-C2+ conversion in aqueous environments. Herein, a heterometallic crystal engineering strategy is presented for the coordination-driven assembly of two 3D MI/MII bimetallic halides with the general formula Pb6Cu4X10(ida)3 (ida = iminodiacetate, X = Cl-/Br-). The embedding of cubane-type [Cu4X4] clusters within the lead halide frameworks via covalent PbII-X-CuI linkages result in decreased exciton binding energies, smaller Huang-Rhys factors, and extended photoluminescence lifetimes, which suppress exciton trapping and facilitate carrier transport. Both MI/MII halide frameworks feature asymmetric, halogen-bridged heterobimetallic sites (PbII─X─CuI) with intrinsic charge polarization, which facilitate C─C coupling during CO2 photoreduction by stabilizing the key *COCOH intermediates. As a result, these heterobimetallic architectures enable highly selective photocatalytic CO2-to-C2H4 conversion, achieving up to 95% selectivity in pure water. This work demonstrates a viable strategy for atomic-level engineering of 3D metal halides toward solar-driven C2 fuel production.
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