卤化物钙钛矿用于发光和人工光合成：机遇、挑战与前景|EcoMat

背景简介随着能源消耗和环境污染的日益加剧，发展节能技术以及开发清洁可再生能源（如太阳能）势在必行。其中，人工照明占据了全球用电量的五分之一，开发高效稳定的发光材料对于减少电能的不必要浪费是十分重要的。此外，通过人工光合作用将太阳能转化为化学能是发展可再生能源以解决能源与环境问题的有效途径，而实现该过程的主角则是具有优异光捕获和电荷分离性质的半导体材料。因此，无论是发光还是人工光合作用，开发具有出色光电性能的新型半导体材料对于能源转换相关领域的发展都是至关重要的。

金属卤化物钙钛矿由于其大的光吸收系数、可调节的能带结构、优异的载流子传输特性等特点在各种光电领域都取得了很好的发展。近几年，它们在发光和人工光合成研究方面也获得了广泛的关注。虽然光发射和光催化具有完全不同的机制，但实际上它们代表了半导体材料中光生电荷利用的两种主要形式(辐射复合以及分离并驱动表面反应)，而卤化物钙钛矿由于其独特的性质在这两个领域都显示出了巨大的潜力，那么其背后的原因、发展现状和遇到的挑战以及未来的发展前景都值得深入分析和探讨，该综述填补了这些方面的空白。

本文首先对金属卤化物钙钛矿的化学组成、晶体结构、电子结构、光电性质及其潜在应用分门别类地（有机、无机、铅基、非铅）进行了系统介绍。在此基础上，对卤化物钙钛矿独特的性质进行了详尽分析，包括组分和结构的可调节性（可塑性强）、对于缺陷的容忍性，它们是这类材料可以广泛应用的主要原因。之后，重点介绍了卤化物钙钛矿在发光和人工光合作用方面的研究进展。其中，发光包括单色发射和宽光谱白光发射，对于它们的发射机制以及如何提升发射效率进行了分析和阐述，特别是对于宽光谱白光发射，从材料的结构设计以及深入理解自陷域激子形成机制等方面提出了当前亟需解决的问题。人工光合作用涵盖了光催化产氢、二氧化碳还原和有机合成等方面，除了综述了这些方面的研究进展，还批判性的提出了当前研究中存在的问题，并对未来的发展给出了建设性的建议。紧接着，文章讨论了卤化物钙钛矿在这些领域进一步发展面临的挑战，包括铅基钙钛矿的毒性、材料的本征不稳定性以及实验上对机理的探索，并阐述了相应的解决办法。最后，论文展望了卤化钙钛矿在能源转换方面的发展前景，对未来的研究方向提出了见解。

相关文章以“Halide perovskites for light emission and artificial photosynthesis: Opportunities, challenges, and perspectives”为题发表在能源环境领域新旗舰期刊EcoMat （DOI：10.1002/eom2.12074）上，论文的第一作者为大连化学物理研究所博士生石明，通讯作者为李仁贵研究员。

引用此论文

Shi, M, Li, R, Li, C. Halide perovskites for light emission and artificial photosynthesis: Opportunities, challenges, and perspectives. EcoMat. 2021; 3:e12074. https://doi.org/10.1002/eom2.12074 [Physical Sciences]

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内容|EcoMat排版|Melody
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