全文概要

牛津大学Yiyang Li、香港理工大学Songhua Cai等研究团队报道了一种通过Rh/La协同掺杂显著提升层状钙钛矿KCa₂Nb₃O₁₀纳米片光催化析氢性能的策略。研究发现，在最佳掺杂比例（0.2 wt% Rh、1.3 wt% La）下，H₂析出速率从12.3 μmol·h⁻¹提升至69.0 μmol·h⁻¹，增幅达5倍。结构表征与光谱分析表明，Rh³⁺取代Nb⁵⁺引入浅层4d受体态，促进电荷分离；La³⁺取代Ca²⁺则补偿电荷失衡，抑制氧空位形成，并调节局部晶格畸变。二者协同作用通过“陷阱介导”机制延长载流子寿命，提升分离效率。该研究揭示了掺杂剂在二维层状钙钛矿中调控电子结构与载流子动力学的微观机制，为缺陷工程优化光催化剂设计提供了新思路。

本文要点

1. 掺杂协同效应：Rh引入浅能级陷阱态，La抑制氧空位，共同优化电荷分离与传输。

2. 结构稳定性：掺杂后材料在50小时循环测试中保持稳定，结构未发生明显变化。

3. 光谱机制研究：XAS/XPS证实Rh³⁺以孤立形式取代Nb位；TRPL与SPV显示载流子寿命显著延长。

4. 构效关系明确：活性随掺杂量呈“火山型”趋势，强调电子结构与晶格畸变之间的精细平衡。

文献详情

Mengqi Duan, Shuai Guo, Wentian Niu, et al. Synergistic Rh/La Codoping Enables Trap-Mediated Charge Separation in Layered Perovskite Photocatalysts, J. Am. Chem. Soc. (2025) DOI: 10.1021/jacs.5c12425

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https://doi.org/10.1021/jacs.5c12425