AM：卤化物钙钛矿光催化剂的稳定性和催化活性提高策略

太阳能驱动的光催化是未来实现绿色可持续燃料制备和高附加值化学品生产的有效手段之一。实现高效实用光催化技术的关键是开发高性能的光催化剂。卤化物钙钛矿家族因具有能级适合、吸光效率高、载流子迁移距离长、组分结构和形貌易于调控等优点而成为一类新型的光催化剂材料（图1，2）。自2016年底起，卤化物钙钛矿光催化剂被广泛开发应用于光催化产氢、二氧化碳还原和多种有机合成反应，获得了越来越多的关注。尽管如此，开发高性能卤化物钙钛矿光催化剂仍面临巨大挑战：（1）强离子特性和易水解引起的不稳定性问题和（2）电荷复合引起的光催化活性不理想问题。近几年来，许多课题组致力于开发先进有效的策略来解决卤化物钙钛矿光催化剂的稳定性和催化活性问题，并取得了令人瞩目的成效。

图1. 卤化物钙钛矿光催化剂

图2. 常见卤化物钙钛矿结构和能带结构概述

鉴于此，澳大利亚格里菲斯大学赵惠军院士、安徽大学陈珊副教授和中科院固体物理所尹华杰研究员等系统总结综述了近年来报道的卤化物钙钛矿光催化剂稳定性和催化活性提高策略（图1）。在此综述中，作者首先总结讨论了常用的四种稳定性提高策略（图3）：（1）组分控制，包括开发稳定的全无机钙钛矿、二维钙钛矿和非铅钙钛矿；（2）建立界面动态平衡，用于光催化饱和氢卤酸分解制氢等反应；（3）选择合适的光催化反应介质；（4）采用封装层，包括防水表面配体、多功能MOFs材料以及多孔海绵结构等。

此外，作者重点总结介绍了提高卤化物钙钛矿光催化剂活性的六种策略：（1）催化剂尺寸优化，包括微纳粒子大小、纳米片厚度和一维结构长径比等调控以平衡优化催化剂光吸收、电荷传输和表面活性位点等因素；（2）异质结构筑，包括钙钛矿/金属异质结，钙钛矿/碳材料异质结，和基于钙钛矿/半导体的I型，II型和Z型异质结以促进催化剂粒子电荷空间分离，减少复合损失；（3）组分控制，包括优化A位无机或有机胺阳离子、B位金属离子和X位卤素离子以调控催剂带隙、能级和环境友好性等；（4）掺杂，包括基于过渡金属的本体掺杂和表面掺杂以引入有效活性位点、降低反应势垒等；（5）单原子催化，通过在钙钛矿催化剂表面构筑过渡金属单原子催化位点，来降低催化反应势垒和提高催化反应选择性等；（6）表面化学调控，包括钙钛矿微粒表面终端基团类型和钙钛矿纳米粒子表面配体密度和类型，以调控催化剂体系电子结构、能级、电荷传输和稳定性等。

图3. 卤化物钙钛矿光催化剂（HPP）的稳定性和催化活性提高策略

最后，作者展望了卤化物钙钛矿光催化剂面临的挑战和机遇：（1）未来发展可同步提升稳定性和活性的通用策略，例如组分调控与封装技术联用，开发新型共轭聚合物封装的非铅卤化物钙钛矿异质结催化剂应用于水系介质光催化反应；（2）深入研究和改进已报道的新兴策略，包括过渡金属掺杂，尤其是钙钛矿单原子光催化剂，以期实现催化活性大幅提升；（3）借助理论计算和高端原位表征技术深入探索卤化物钙钛矿光催化反应机理；（4）拓宽卤化物钙钛矿光催化剂的催化反应范围，实现燃料和高附加值化学品的绿色生产。

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Stabilisation and Performance Enhancement Strategies for Halide Perovskite Photocatalysts

Shan Chen, Huajie Yin, Porun Liu, Yun Wang, Huijun Zhao

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/adma.202203836

作者介绍

第一作者：陈珊，安徽大学物质科学与信息技术研究院副教授，硕士研究生导师，入选安徽省省级人才项目。主要研究兴趣为高效有机、钙钛矿光电器件和新型光催化剂及反应体系。近年来先后研制了钙钛矿/窄带隙共轭聚合物柔性宽谱光探测器、铋基钙钛矿体异质结太阳能电池和光驱动钙钛矿单晶电解池等，相关论文发表在Adv. Mater.、Nano Energy、Matter和J. Mater. Chem. A等期刊上。

通讯作者：赵惠军，澳大利亚科学院院士、澳大利亚格里菲斯大学催化与清洁能源中心主任、英国皇家化学会会士和澳大利亚皇家化学会会士。研究兴趣主要集中在能源和环境纳米材料、水源控制与管理、场传感技术和水环境质量评估方向，近期主要研究方向之一为探索多种非贵金属材料活化的新方法，设计并实现利用非贵金属作为新一代高活性催化剂的可行方案。在包括Nature、Nat. Energy、Nat. Chem.、Nat. Commun.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Energy Environ. Sci.等SCI期刊上发表500余篇，引用40,000余次，h-index 103，2018年起入选科睿唯安高被引学者，在功能性纳米材料和纳米技术、光电催化和环境监测系统等领域获得68项国际专利，并开展产业化应用。

https://www.x-mol.com/university/faculty/49991 

通讯作者：尹华杰，研究员，博士生导师，2021年2月加入中国科学院固体物理研究所，入选国家高层次人才青年项目。从事清洁能源器件所需的高效催化剂与电极材料设计与合成，及相应催化机理研究；同时涉及光电化学，光催化合成等领域。以第一作者/通讯作者在Chem. Soc. Rev.、Nat. Energy.、Nat. Commun.、Matter、Adv. Mater.、Adv. Energy Mater.、ACS Nano等重要期刊发表论文30余篇、总被引用8000余次。课题组常年招收硕士、博士、博士后和访问学者，热忱欢迎加入！