The proper energy band structure and excellent visible-light responses enable halide perovskites as potential photocatalysts for CO2 reduction, but the conversion efficiency is still low due to the serious radiative recombination, low CO2 capturing ability, and poor stability. Here we illustrate the design and synthesis of a halide perovskite@metal–organic framework (MOF) composite photocatalyst with enhanced CO2 reduction activity. A facile in situ synthetic procedure is employed to directly grow a zinc/cobalt-based zeolitic imidazolate framework (ZIF) coating on the surface of CsPbBr3 quantum dots. The CsPbBr3@ZIF composite shows largely improved moisture stability, CO2 capturing ability, and charge separation efficiency. Moreover, the catalytic active Co centers in ZIF-67 can further accelerate the charge separation process and activate the adsorbed CO2 molecules, which leads to enhanced catalytic activity for gaseous CO2 reduction. This work would provide new insight for designing excellent perovskite/MOF-based catalysts.

Low-dimensional luminescent lead halide perovskites have attracted tremendous attention for their fascinating optoelectronic properties, while the toxicity of lead is still considered a drawback. Herein, we report a novel lead-free zero-dimensional (0D) indium-based perovskite (Cs2 InBr5 ⋅H2 O) single crystal that is red-luminescent with a high photoluminescence quantum yield (PLQY) of 33 %. Experimental and computational studies reveal that the strong PL emission might originate from self-trapping excitons (STEs) that result from an excited-state structural deformation. More importantly, the in situ transformation between hydrated Cs2 InBr5 ⋅H2 O and the dehydrated form is accompanied with a switchable dual emission, which enables it to act as a PL water-sensor in humidity detection or the detection of traces of water in organic solvents.

Heterojunction engineering has played an indispensable role in the exploitation of innovative artificial materials with exceptional properties and has consequently triggered a new revolution in achieving high-performance optoelectronic devices. Herein, an intriguing halide perovskite (PVK) and metal dichalcogenide (MD) heterojunction, i.e., a lead-free Cs2SnI6 perovskite nanocrystal/SnS2 nanosheet hybrid, was fabricated in situ for the first time. Comprehensive investigations with experimental characterizations and theoretical calculations demonstrate that cosharing of the Sn atom enables intimate contact in the Cs2SnI6/SnS2 hybrid together with a type II band alignment structure. Additionally, ultrafast carrier separation between SnS2 and Cs2SnI6 has been observed in the Cs2SnI6/SnS2 hybrid by transient absorption measurements, which efficiently prolongs the lifetime of the photogenerated electrons in SnS2 (from 1290 to 3080 ps). The resultant spatial charge separation in the Cs2SnI6/SnS2 hybrid evidenced by Kelvin probe force microscopy (KPFM) significantly boosts the photocatalytic activity toward CO2 reduction and the photoelectrochemical performance, with 5.4-fold and 10.6-fold enhancements compared with unadorned SnS2. This work provides a facile and effective method for the in situ preparation of PVK-MD heterojunctions, which may significantly stimulate the synthesis of various perovskite-based hybrid materials and their further optoelectronic applications.

Summary

 Lead halide perovskite (PVK) has been deemed as a promising photocatalyst alternative because of its remarkable photoelectrical properties; however, the severe charge recombination has limited its catalytic activity. Herein, we report a PVK-based Z-scheme heterojunction, α-Fe₂O₃/Amine-RGO/CsPbBr₃, for high-efficiency CO₂ reduction in the presence of H₂O. By delicately controlling the interfacial interaction, effective Z-scheme electron transfer from α-Fe₂O₃ to CsPbBr₃ is built, leading to boosted charge separation and prolonged carrier lifetime, as confirmed by electron spin resonance (ESR), transient absorption (TA) spectra, etc. The impactful spatial separation of photo-generated carriers in Z-scheme system finally enables an 8.3-fold enhancement in photocatalytic performance as compared to CsPbBr₃. A stable product yield of 469.16 μmol g⁻¹ and an electron consumption yield of 3,132.46 μmol g⁻¹ are achieved. This work is expected to provide deep insights into boosting the photocatalytic performance of PVK by modulating the charge carrier dynamics.

Abstract Heterojunction engineering, especially 2D/2D heterojunctions, is regarded as a quite promising strategy to manipulate the photocatalytic performance of semiconductor catalysts. In this manuscript, a direct Z‐scheme 2D/2D heterojunction of CsPbBr 3 /Bi 2 WO 6 is designed and fabricated by a simple electrostatic self‐assembly process. By using ultrathin nanosheets with several atomic layers as the building blocks, a close CsPbBr 3 /Bi 2 WO 6 heterointerface over large area with quite a short charge transport distance is obtained, which enables a valid Z‐scheme interfacial charge transfer between Bi 2 WO 6 and CsPbBr 3 and thus boosts charge separation. The CsPbBr 3 /Bi 2 WO 6 heterojunction exhibits a superior photocatalytic performance toward CO 2 reduction. By incorporating Pt nanoparticles as the cocatalyst, a high photoelectron consumption rate of 324.0 µmol g −1 h −1 under AM 1.5G irradiation (150 mW cm −2 ) is obtained, which is 12.2 fold higher than that of CsPbBr 3 nanosheets. Moreover, a stable product yield of up to 1582.0 µ mol g −1 and electron consumption yield of 8603.0 µ mol g −1 for photocatalytic CO 2 reduction to CO (11.4%) and CH 4 (84.3%) can be achieved after 30 h of continuous catalytic reaction. The accelerated photogenerated charge transfer and spatial charge separation are investigated in detail by ultrafast spectra, photoelectrochemical test, and Kelvin probe force microscopy.

Dimension engineering is developed to form 2D BA₂CsPb₂I₇ by introducing a bulky ammonium cation, which exhibits superior structural and compositional stability.

Deep-level traps at the buried interface of perovskite and energy mismatch problems between the perovskite layer and heterogeneous interfaces restrict the development of ideal homogenized films and efficient perovskite solar cells using the one-step spin-coating method. Here, we strategically employed sparingly soluble germanium iodide as a homogenized bulk in-situ reconstruction inducing material preferentially aggregated at the perovskite buried interface with gradient doping, markedly reducing deep-level traps and withstanding local lattice strain, while minimizing non-radiative recombination losses and enhancing the charge carrier lifetime over 9 µs. Furthermore, this gradient doping assisted in modifying the band diagram at the buried interface into a desirable flattened alignment, substantially mitigating the energy loss of charge carriers within perovskite films and improving the carrier extraction equilibrium. As a result, the optimized device achieved a champion power conversion efficiency of 25.24% with a fill factor of up to 84.65%, and the unencapsulated device also demonstrated excellent light stability and humidity stability. This work provides a straightforward and reliable homogenization strategy of perovskite components for obtaining efficient and stable perovskite solar cells.