光熱轉(zhuǎn)換過程是自然界最基本的能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換過程之一，也是植物、動(dòng)物和人類獲取太陽能的重要途徑。太陽輻射的能量包含不同波長的光子，為了實(shí)現(xiàn)特定的應(yīng)用，必須將其轉(zhuǎn)換成其他形式的能量。光熱材料能夠有效地吸收光子并將其轉(zhuǎn)化為熱量，為海水淡化、疾病治療和催化轉(zhuǎn)化等重要過程提供必要的能量。

在過去的幾十年中，已經(jīng)開發(fā)了一系列先進(jìn)的光熱材料。然而，現(xiàn)有的光熱材料仍然存在基于局部表面等離子共振的金屬吸收范圍有限，以及精確控制尺寸和形態(tài)困難等問題。傳統(tǒng)的半導(dǎo)體氧化物/硫化物只能吸收紫外線和部分可見光，這受到它們的寬禁帶的限制，而且吸收的光子很容易轉(zhuǎn)化為熒光；有機(jī)物料在高溫下不穩(wěn)定，容易分解，而碳材料在加工過程中表現(xiàn)出不理想的相容性。因此，探索新型、穩(wěn)定、高效的光熱材料具有重要意義。

近日，福州大學(xué)黃瀚林、南京大學(xué)鄒志剛和福建師范大學(xué)王雪嬌等采用簡單的液相法合成了Cs₄CuSb₂Cl₁₂無鉛、全無機(jī)、雙鹵化物鈣鈦礦衍生物，該衍生物具有本征窄帶隙(約1.0 eV)和寬吸收范圍，表現(xiàn)出高達(dá)93.4%的太陽能-熱能轉(zhuǎn)換效率。氨硼烷是一種氫含量為19.6 wt%的儲(chǔ)氫載體，具有良好的光吸收性能、較低的熱導(dǎo)率和較高的光熱轉(zhuǎn)換效率的Cs₄CuSb₂Cl₁₂被成功地用作驅(qū)動(dòng)氨硼烷脫氫的光熱材料。

具體而言，研究人員成功地實(shí)現(xiàn)了室溫下的快速光熱活化產(chǎn)氫，在30分鐘內(nèi)釋放出13.0 wt% (2.0 equiv)的氫氣；同時(shí)，Cs₄CuSb₂Cl₁₂的高熱穩(wěn)定性使其具有良好的可回收性能，光熱活化效率高達(dá)12.2%。

此外，研究人員也分析了利用鹵化物鈣鈦礦作為光驅(qū)動(dòng)制氫的光熱材料的實(shí)際前景。結(jié)果顯示，Cs₄CuSb₂Cl₁₂鹵化物鈣鈦礦具有較窄的禁帶寬度，因而具有較寬的光譜吸收，幾乎所有的紫外線(UV)和可見光(Vis)以及部分近紅外線(NIR)光都可以被吸收，并且光能可以通過熱電子/空穴(可能由聲學(xué)聲子散射機(jī)制主導(dǎo))和非輻射復(fù)合而不會(huì)參與氧化還原反應(yīng)(光催化)、發(fā)射光子(熒光)或產(chǎn)生電流(光電轉(zhuǎn)換)。盡管該過程中會(huì)有熱量損失，光熱轉(zhuǎn)換效率仍超過90%。

總的來說，該項(xiàng)工作對(duì)于拓展鹵化物鈣鈦礦材料作為光熱轉(zhuǎn)換器的潛在作用具有突破性意義，為這類新興的光學(xué)功能材料開辟了一個(gè)新的研究領(lǐng)域。

Narrow-bandgap halide perovskite Cs₄CuSb₂Cl₁₂ with full-spectrum photothermal conversion. ACS Energy Letters, 2024. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02218