AFM：卤化物钙钛矿在光（电）催化领域的应用

由于传统的光催化剂面临着能带宽、光利用率不高的缺点，因此需要开发新一代的半导体材料。卤化物钙钛矿在近年来受到了人们广泛的关注，有望成为新一代的光催化剂。其中杂化有机卤化物钙钛矿展现出了优异的光物理性能，CH₃NH₃PbI₃能够达到大约20%的光电转换效率。然而其内在的不稳定性、载流子复合率高、毒性问题仍待解决。

有鉴于此，武汉理工大学研究生陈鹏飞在厦门大学马来西亚分校的Wee-Jun Ong教授与武汉理工大学的李能教授指导下，综述了卤化物钙钛矿在光（电）催化领域里的应用，并总结了已构建的异质结结构以及如何提高稳定性，解决毒性问题。

1972年，TiO₂成功应用于光催化水分解反应，实现了光能的利用。TiO₂具有良好的化学稳定性、无毒性和易制备等优点，引起了社会的广泛关注。然而，TiO₂的大禁带决定了其较低的光吸收，限制了其进一步的应用。虽然已经开发了许多方案来调节能带大小，但也正在努力寻找新一代半导体光催化剂。与其他半导体材料相比，钙钛矿（ABO₃）具有结构柔韧性和稳定性的特点，有望产生一系列具有优良光催化性能的钙钛矿家族。然而，传统的钙钛矿材料存在带隙大、载流子复合、比表面积小、选择性差等缺点。因此近年来，卤化物钙钛矿引起了许多科学家的关注。杂化卤化物钙钛矿的直接带隙和合适的能带尺寸（1.6 ev）可以更好地利用光能。然而，关于卤化物钙钛矿的评论非常有限。因此本文将为卤化物钙钛矿的光（电）催化工作者提供重要的研究参考。

水分裂是将太阳能转化为化学能的有效途径。有机无机杂化钙钛矿于2016年首次应用于制氢领域。MAPbI₃具有巨大的光电和光催化性能，具有超高的能量转换效率。本文总结了三种提高催化性能的方法：以MAPbBr₃-_XI_X为带隙漏斗结构，用HX（X = Cl、Br、I）的光催化裂解代替水裂解制氢，采用异质结结构。光催化（PEC）反应系统由光和电驱动也用于氢裂解，能够表现出更高的能量利用效率。

光催化CO₂还原技术因其能量密度高、CO₂浓度高而受到广泛关注。指出引入RGO或2D-Mxene可以促进二氧化碳的还原。这两种二维材料不仅促进了电荷分离，而且对电子的储存起着关键作用；卤化物钙钛矿量子点具有较大的比表面积和较短的电荷转移路径，从而提高了催化性能，并对二氧化碳的还原机理和能带结构进行了解释。

本文要点：（1）总结了卤化物钙钛矿的结构。包括：i）无机卤化物钙钛矿结构；ii）杂化有机卤化物钙钛矿的结构；iii）不同维度下的卤化物钙钛矿结构。（2）总结了卤化物钙钛矿在光电催化方面的应用以及其参与的异质结结构。包括：i）水分解反应；ii）二氧化碳还原反应；iii）有机物降解反应。（3）总结了卤化物钙钛矿中的理论计算的研究进展，并提出了展望。（4）总结了卤化物钙钛矿中稳定性和毒性问题。包括：i）光致降解；ii）湿度和温度引起的分解；iii）非铅基卤化物钙钛矿。（5）展望了卤化物钙钛矿在光电催化领域里的挑战与机遇。

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Pb-Based Halide Perovskites: Recent Advances in Photo(electro)catalytic Applications and Looking Beyond

Pengfei Chen, Wee-Jun Ong, Zuhao Shi, Xiujian Zhao, Neng Li

Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 1909667, DOI: 10.1002/adfm.201909667

陈鹏飞介绍

武汉理工大学生创新创业基地主任，指导学生撰写SCI高水平论文10余篇，武汉理工大学材料科学与工程学院优秀毕业研究生。硕士阶段在AFM与2D Mater.一作发表学术论文，主要研究领域为能源材料、催化材料与计算材料模拟。曾受邀在武汉大学、武汉理工大学、华中科技大学等多所名校进行经验分享交流。

https://www.x-mol.com/groups/WUT_innovative_bases

王伟俊教授介绍

Wee-Jun Ong（王伟俊）教授目前在厦门大学马来西亚分校能源与化学工程学院任职。2019-2020年在美国劳伦斯•伯克利国家实验室(LBNL)做访问教授。科研方向：光化学、电化学和光电化学的表面科学和催化基础研究在分解水、CO₂还原和固氮以及新催化剂研制和开发方面的工作（氧化脱硫）。在Chem. Rev.、Angew. Chem.、Chem发表70余篇论文，总引用 8000多次, h-index为39, 20余篇论文入选ESI高被引用和热点论文。2019年荣获科睿唯安全球“高被引科学家”。担任Frontiers in Nanotechnology主编，Frontiers in Chemistry 和Beilstein Journal of Nanotechnology副主编，Materials Horizons、Langmuir和Nanotechnology期刊编委。

https://www.x-mol.com/groups/wee-jun_ong

李能教授介绍

武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室研究员。近年来在Chem (Cell子刊)、NPG Computational Materials (nature旗下刊物)、Energy & Environmental Science、ACS Nano、Nano Energy、Cement and Concrete Research、Materials Horizons、Applied Catalysis B: Environmental、J. Mater. Chem. A、Journal of American Ceramics Society等权威期刊上发表学术SCI论文近60篇；其中4篇论文入选ESI高被引论文，1篇入选热点论文，封面论文2篇（JMCA, front cover；Materials Horizons, inside front cover），个人学术因子为22。近年在国际学术会议上做学术报告40余次，其中邀请报告30余次；主持和参与包括各项基金多项。先后受邀到英国剑桥大学、美国加州大学、澳大利亚莫纳什大学、韩国首尔大学等多个著名大学和研究机构访问和开展合作研究。