Advanced Functional Materials:铅基卤化物钙钛矿的光(电)催化研究进展与展望

环境污染问题已成为全球各国关注的焦点,太阳能作为一种自由、可持续和容易获得的能源,一直是研究的热点。近年来,卤化物钙钛矿由于其展现出极具潜力的光电和光催化性能,超高的能量转换效率引起了极大的关注。然而卤化物钙钛矿的稳定性和铅基卤化物钙钛矿的毒性限制了卤化物钙钛矿的应用。厦门大学马来西亚分校的Wee-Jun Ong教授团队与武汉理工大学的李能教授团队系统地总结了铅基卤化物钙钛矿在光电催化应用方面的最新进展并就未来卤化物钙钛矿的研究方向进行了展望,并以“Pb-Based Halide Perovskites: Recent Advances in Photo(electro)catalytic Applications and Looking Beyond”发表于知名期刊ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS上,本文的第一作者为武汉理工大学的硕士生陈鹏飞。

文章首先从维度的角度介绍了卤化物钙钛矿的结构。作者系统的从水裂解,二氧化碳的还原和卤化物钙钛矿的其他应用三个方面归纳了卤化物钙钛矿在催化方面的应用。其中对于水的裂解,文章总结了四种提高催化性能的方法:采用带隙漏斗结构,用HX(X=Cl,Br,I)代替水裂解制氢,采用异质结结构,光和电驱动的效率更高的光催化(PEC)反应系统也被用于水裂解析氢。二氧化碳的还原中,文章指出引入rGO或 2D MXene对于二氧化碳的还原具有促进作用。同时卤化物钙钛矿还可以用于氧化有机物和有机物的合成。本文介绍了卤化物钙钛矿在计算研究、稳定性和毒性的问题领域的最新进展。文章对未来的计算研究进行了展望:自旋轨道耦合(SOC)的应用,将机械计算应用于更多种类的有机物,杂化钙钛矿光催化机理的计算研究,双钙钛矿的计算研究。讨论了在光照射和在水,氧气环境下的稳定性机理及其解决办法:引入Sb2S3,与聚合物结合用于提高光稳定性;引入有机基团,用硫氰酸盐离子(SCN)取代卤化物,应用二维混合钙钛矿用于提高在水,氧气环境下的稳定性。对于非铅基卤化物钙钛矿,文章对比了三种可以用作替代Pb2+的离子(Sn2+,Ge2+, Bi3+),同时总结结了双钙钛矿结构路线、合成成分和电子性质以及潜在应用。

卤化物钙钛矿的性质及其光(电)催化应用

钙钛矿材料的发展导览

最后本文对未来卤化物钙钛矿的发展提出了展望,并就未来卤化物钙钛矿在光催化领域的研究方向提出了几点建议,1.从理论到实验筛选更多结构、2.发展光伏技术、3.研究双钙钛矿、4.开发串联系统、5.与单原子催化(SAC)杂交以提高光(电)催化性能、6.更多的光催化还原CO2和N2的应用、7.进一步解决稳定性问题、8.结合实验和理论研究,更深刻的了解光(电)催化的基本原理和机理、9.在材料的设计和合成上应给予更多的关注。

相关工作在线发表在Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.201909667).