光催化析氫(PHE)在將豐富的太陽能轉化為清潔的氫氣燃料方面具有巨大的潛力，為綠色和可持續的能源發展提供了希望。尋找具有高效電荷分離的高性能光催化劑被認為是未來PHE實際應用的最大挑戰之一。近年來，有機-無機雜化鈣鈦礦因其窄帶隙、高電荷遷移率等優勢在光伏領域取得了巨大的成功。

受這些優良特性的啟發，Park等在2016年首次將甲基銨碘化鉛鈣鈦礦(MAPbI₃)用作飽和HI水溶液中的PHE催化劑。此后，研究人員對MAPbI₃光催化劑的研究普遍集中在構建基于MAPbI₃的異質結構，以進一步促進電荷分離以獲得更高的性能，但這對異質界面的連續性等提出了苛刻的要求。因此，更多地關注調控MAPbI₃光催化劑本身的電荷轉移動力學(而不是添加另一種成分來構建異質結構)，可以作為一種增強其PHE性能的替代方法。

基于此，中國科學技術大學薛佳偉、張群和鮑駿(共同通訊)等人提出了一種調節缺陷區域分布的新策略，有效的提升了MAPbI₃光催化劑的電荷轉移動力學。

在成功合成MAPbI₃-C(具有連續缺陷)后，本文測試了其在飽和HI水溶液中的PHE性能。正如預期的那樣，MAPbI₃-C的活性顯著高于MAPbI₃-I(普通MAPbI₃催化劑)。其中，MAPbI₃-C的PHE速率高達0.64 mmol·g^-1·h^-1，比MAPbI₃-I(0.06 mmol·g^-1·h^-1)高一個數量級。

更重要的是，MAPbI₃-C如此良好的活性在7次循環測試后并沒有明顯的衰減，表明其具有長期穩定性，而MAPbI₃-C如此好的穩定性可能是由于MAPbI₃晶體與其飽和溶液之間的動態平衡。值得注意的是，當催化劑負載MoS₂后，MAPbI₃-C的產氫速率增長到61.03 mmol·g^-1·h^-1，并且優于大多數報道的金屬鹵化物鈣鈦礦光催化劑。

此外，由于MAPbI₃-I和MAPbI₃-C的能帶結構相似，MAPbI₃-C的PHE性能增強應該在很大程度上依賴于電荷轉移動力學的促進。為了對電荷分離和轉移有一個直觀的分析，本文進行了瞬態光電流響應和電化學阻抗光譜(EIS)測試。測試結果表明，MAPbI₃-C比MAPbI₃-I具有更高的光電流，這表明MAPbI₃-C中的電荷分離效率更高。此外，從Nyquist圖還可以看出，與MAPbI₃-I相比，MAPbI₃-C的電荷轉移電阻更低，這有利于MAPbI₃-C的電荷轉移。

綜上所述，本文展示了一種調節缺陷區域分布的新策略，以促進MAPbI₃光催化劑的電荷轉移動力學，從而提高了其光催化析氫的性能。本文通過緩慢的溶液生長方法制備了MAPbI₃-C光催化劑，并通過AFM-IR光譜證實了這種連續的缺陷分布。SRPL映射結果表明，連續的缺陷分布使得光生電子能夠在被捕獲之前進行遠距離轉移，這一點也通過fs-TA測試得到了進一步的驗證，在本文的fs-TA測試中可以觀察到延遲的電子捕獲過程。

此外，fs-TA結果還表明，被捕獲的電子可以很容易地在缺陷區域遷移以延長它們的壽命。總之，以前的報道通常集中在缺陷濃度或缺陷類型的調節上，而本文的工作為利用與電荷轉移動力學直接相關的缺陷分布開辟了一個新的視角，從而為提高催化劑的光催化反應效率提供了一個強有力的工具。

Promoting Photocatalytic H₂ Evolution through Retarded Charge Trapping and Recombination by Continuously Distributed Defects in Methylammonium Lead Iodide Perovskite, Angewandte Chemie International Edition, 2023, DOI: 10.1002/anie.202308140.

https://doi.org/10.1002/anie.202308140.