金属卤化物钙钛矿光催化的研究进展
收稿日期: 2019-08-04
网络出版日期: 2019-10-21
基金资助
国家自然科学基金(51861145101);国家自然科学基金(21777096);国家自然科学基金（Nos.51861145101，21777096）资助
Recent Progress of Photocatalysis Based on Metal Halide Perovskites
Received date: 2019-08-04
Online published: 2019-10-21
李鑫 , 张太阳 , 王甜 , 赵一新 . 金属卤化物钙钛矿光催化的研究进展[J]. 化学学报, 2019 , 77(11) : 1075 -1088 . DOI: 10.6023/A19080292
photocatalytic pollutant degradation and the synthesis of chemical fuels or other high value-added products via photocatalysis have drawn plenty of attentions in green chemistry and renewable energy research. In recent years, metal-halide perovskites with superior photoelectric properties are successfully utilized into high-efficiency photocatalytic reactions in addition to conventional metal oxide semiconductor materials. In this paper, we reviewed the recent advances of metal-halide perovskite based photocatalyst, especially lead-halide perovskites in photocatalytic hydrogen production, photocatalytic degradation and CO2 reduction. The reaction mechanisms and key challenges for metal halide perovskites photocatalyst are discussed and we prospect the further development of highly efficient and stable metal halide perovskite photocatalysis in the future.
| [1] | Hisatomi T.; Domen K. Nat. Catal. 2019, 2, 387 |
| [2] | Li X.-B.; Tung C.-H.; Wu L. -Z. Nat. Rev. Chem. 2018, 2, 160 |
| [3] | Liao G.; Gong Y.; Zhang L.; Gao H.; Yang G.-J.; Fang B. Energy Environ. Sci. 2019, 12, 2080 |
| [4] | Guo Y.; Li Y. R.; Wang C. M.; Long R.; Xiong Y. J. Acta Chim. Sinica 2019, 77, 520 |
| [4] | 郭 宇; 李 燕瑞; 王 成名; 龙 冉; 熊 宇杰 化学学报 2019, 77, 520 |
| [5] | Subudhi S.; Rath D.; Parida K. M. Catal. Sci. Technol. 2018, 8, 679 |
| [6] | Liu Y. C.; Zheng X.; Huang P. Q. Acta Chim. Sinica 2019, 77, 850 |
| [6] | 刘 玉成; 郑 啸; 黄 培强 化学学报 2019, 77, 850 |
| [7] | Chen Y. K.; Jing H. R.; Ling F. L.; Kang W.; Zhou T. W.; Liu X. Q.; Zeng W.; Zhang Y. X.; Qi L.; Fang L.; Zhou M. Chem. Phys. Lett. 2019, 722, 90 |
| [8] | Laamari M. E.; Cheknane A.; Benghia A.; Hilal H. S. Sol. Energy 2019, 182, 9 |
| [9] | Bercegol A.; Ory D.; Suchet D.; Cacovich S.; Fournier O.; Rousset J.; Lombez L. Nat. Commun. 2019, 10, 1586 |
| [10] | Zhang F.; Yang B.; Li Y.; Deng W.; He R. J. Mater. Chem. C 2017, 5, 8431 |
| [11] | Chen X. Y.; Xie J. J.; Wang W.; Yuan H. H.; Xu D.; Zhang T.; He Y. L.; Shen H. J. Acta Chim. Sinica 2019, 77, 9 |
| [11] | 陈 薪羽; 解 俊杰; 王 炜; 袁 慧慧; 许 頔; 张 焘; 何 云龙; 沈 沪江 化学学报 2019, 77, 9 |
| [12] | Tong J.; Song Z.; Kim D. H.; Chen X.; Chen C.; Palmstrom A. F.; Ndione P. F.; Reese M. O.; Dunfield S. P.; Reid O. G.; Liu J.; Zhang F.; Harvey S. P.; Li Z.; Christensen S. T.; Teeter G.; Zhao D.; Al-Jassim M. M.; van Hest M.; Beard M. C.; Shaheen S. E.; Berry J. J.; Yan Y.; Zhu K. Science 2019, 364, 475 |
| [13] | Wei Y.; Cheng Z.; Lin J. Chem. Soc. Rev. 2019, 48, 310 |
| [14] | Wei H.; Huang J. Nat. Commun. 2019, 10, 1066 |
| [15] | Wang K. Y.; Wang S.; Xiao S. M.; Song Q. H. Adv. Opt. Mater. 2018, 6, 1800278 |
| [16] | Senanayak S. P.; Yang B.; Thomas T. H.; Giesbrecht N.; Huang W.; Gann E.; Nair B.; Goedel K.; Guha S.; Moya X.; McNeill C. R.; Docampo P.; Sadhanala A.; Friend R. H.; Sirringhaus H. Sci. Adv. 2017, 3, e1601935 |
| [17] | Zhao Y.; Zhu K. Chem. Soc. Rev. 2016, 45, 655 |
| [18] | Zhang T.; Dar M. I.; Li G.; Xu F.; Guo N.; Gratzel M.; Zhao Y. Sci. Adv. 2017, 3, e1700841 |
| [19] | Wang Y.; Zhang T.; Kan M.; Li Y.; Wang T.; Zhao Y. Joule 2018, 2, 2065 |
| [20] | Zhang T. Y.; Zhao Y. X. Acta Chim. Sinica 2015, 73, 202 |
| [20] | 张 太阳; 赵 一新 化学学报 2015, 73, 202 |
| [21] | Best Research-Cell Efficiency Chart. https://www.nrel.gov/pv/cell-efficiency.html |
| [22] | Zhou Y. Y.; Zhao Y. X. Energy Environ. Sci. 2019, 12, 1495 |
| [23] | Li C.; Lu X.; Ding W.; Feng L.; Gao Y.; Guo Z. Acta Crystallogr. B 2008, 64, 702 |
| [24] | Subhani W. S.; Wang K.; Du M.; Liu S. F. Nano Energy 2019, 61, 165 |
| [25] | Bartel C. J.; Sutton C.; Goldsmith B. R.; Ouyang R.; Musgrave C. B.; Ghiringhelli L. M.; Scheffler M. Sci. Adv. 2019, 5, eaav0693 |
| [26] | Stoumpos C. C.; Malliakas C. D.; Kanatzidis M. G. Inorg. Chem. 2013, 52, 9019 |
| [27] | Ball J. M.; Lee M. M.; Hey A.; Snaith H. J. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 1739 |
| [28] | Chung I.; Song J. H.; Im J.; Androulakis J.; Malliakas C. D.; Li H.; Freeman A. J.; Kenney J. T.; Kanatzidis M. G. J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 8579 |
| [29] | Baikie T.; Fang Y. N.; Kadro J. M.; Schreyer M.; Wei F. X.; Mhaisalkar S. G.; Graetzel M.; White T. J. J. Mater. Chem. A 2013, 1, 5628 |
| [30] | Castelli I. E.; Thygesen K. S.; Jacobsen K. W. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 12343 |
| [31] | Yuan Y.; Xu R.; Xu H.-T.; Hong F.; Xu F.; Wang L. -J. Chinese Phys. B 2015, 24, 116302 |
| [32] | Feng J.; Xiao B. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 1278 |
| [33] | Castelli I. E.; Olsen T.; Datta S.; Landis D. D.; Dahl S.; Thygesen K. S.; Jacobsen K. W. Energy Environ. Sci. 2012, 5, 5814 |
| [34] | Ping Y.; Rocca D.; Galli G. Chem. Soc. Rev. 2013, 42, 2437 |
| [35] | Chiarella F.; Zappettini A.; Licci F.; Borriello I.; Cantele G.; Ninno D.; Cassinese A.; Vaglio R. Phys. Rev. B 2008, 77, 045129 |
| [36] | Even J.; Pedesseau L.; Jancu J.-M.; Katan C. J. Phys. Chem. Lett. 2013, 4, 2999 |
| [37] | Lang L.; Yang J.-H.; Liu H.-R.; Xiang H. J.; Gong X. G. Phys. Lett. A 2014, 378, 290 |
| [38] | Kang J.; Wang L. W. J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 489 |
| [39] | Du M. H. J. Mater. Chem. A 2014, 2, 9091 |
| [40] | Du K. Z.; Meng W.; Wang X.; Yan Y.; Mitzi D. B. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2017, 56, 8158 |
| [41] | Umari P.; Mosconi E.; De Angelis F. Sci. Rep. 2014, 4, 4467 |
| [42] | Mosconi E.; Umari P.; De Angelis F. Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 27158 |
| [43] | Busipalli D. L.; Nachimuthu S.; Jiang J. C. J. Chin. Chem. Soc. 2019, 66, 575 |
| [44] | Butler K. T.; Frost J. M.; Walsh A. Mater. Horiz. 2015, 2, 228 |
| [45] | Buin A.; Comin R.; Xu J. X.; Ip A. H.; Sargent E. H. Chem. Mater. 2015, 27, 4405 |
| [46] | Yin W. J.; Yang J. H.; Kang J.; Yan Y. F.; Wei S. H. J. Mater. Chem. A 2015, 3, 8926 |
| [47] | Sun S. Y.; Salim T.; Mathews N.; Duchamp M.; Boothroyd C.; Xing G. C.; Sum T. C.; Lam Y. M. Energy Environ. Sci. 2014, 7, 399 |
| [48] | Lin C.; Li S.; Zhang W.; Shao C.; Yang Z. ACS Appl. Energy Mater. 2018, 1, 1374 |
| [49] | Zhang W.; Eperon G. E.; Snaith H. J. Nat. Energy 2016, 1, 16048 |
| [50] | Leguy A. M. A.; Hu Y.; Campoy-Quiles M.; Alonso M. I.; Weber O. J.; Azarhoosh P.; van Schilfgaarde M.; Weller M. T.; Bein T.; Nelson J.; Docampo P.; Barnes P. R. F. Chem. Mater. 2015, 27, 3397 |
| [51] | Gottesman R.; Haltzi E.; Gouda L.; Tirosh S.; Bouhadana Y.; Zaban A.; Mosconi E.; De Angelis F. J. Phys. Chem. Lett. 2014, 5, 2662 |
| [52] | Mosconi E.; Azpiroz J. M.; De Angelis F. Chem. Mater. 2015, 27, 4885 |
| [53] | Pavliuk M. V.; Abdellah M.; Sa J. Mater. Today Commun. 2018, 16, 90 |
| [54] | Paul T.; Das D.; Das B. K.; Sarkar S.; Maiti S.; Chattopadhyay K. K. J. Hazard. Mater. 2019, 380, 120855 |
| [55] | Zhao Y. Y.; Wang Y. B.; Liang X. H.; Shi H. X.; Wang C. J.; Fan J.; Hu X. Y.; Liu E. Z. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 247, 57 |
| [56] | Feng X.; Ju H.; Song T.; Fang T.; Liu W.; Huang W. ACS Sustain. Chem. Eng. 2019, 7, 5152 |
| [57] | Guan Z.; Wu Y.; Wang P.; Zhang Q.; Wang Z.; Zheng Z.; Liu Y.; Dai Y.; Whangbo M.-H.; Huang B. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 245, 522 |
| [58] | Rokesh K.; Sakar M.; Do T. -O. Mater. Lett. 2019, 242, 99 |
| [59] | Dai Y.; Tüysüz H. ChemSusChem 2019, 12, 2587 |
| [60] | Bresolin B.-M.; Hammouda S. B.; Sillanp M. J. Photochem. Photobiol. A:Chem. 2019, 376, 116 |
| [61] | Zhang Z.; Liang Y.; Huang H.; Liu X.; Li Q.; Chen L.; Xu D. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 7263 |
| [62] | Zhou L.; Xu Y. F.; Chen B. X.; Kuang D. B.; Su C. Y. Small 2018, 14, e1703762 |
| [63] | Yang M.-Z.; Xu Y.-F.; Liao J.-F.; Wang X.-D.; Chen H.-Y.; Kuang D. -B. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 5409 |
| [64] | Wang Q. L.; Tao L. M.; Jiang X. X.; Wang M. K.; Shen Y. Appl. Surf. Sci. 2019, 465, 607 |
| [65] | Xu Y. F.; Wang X. D.; Liao J. F.; Chen B. X.; Chen H. Y.; Kuang D. B. Adv. Mater. Interfaces 2018, 5, 1801015 |
| [66] | Xu Y. F.; Yang M. Z.; Chen H. Y.; Liao J. F.; Wang X. D.; Kuang D. B. ACS Appl. Energy Mater. 2018, 1, 5083 |
| [67] | Xu Y. F.; Yang M. Z.; Chen B. X.; Wang X. D.; Chen H. Y.; Kuang D. B.; Su C. Y. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 5660 |
| [68] | Schunemann S.; van Gastel M.; Tuysuz H. ChemSusChem 2018, 11, 2057 |
| [69] | Liao J. F.; Xu Y. F.; Wang X. D.; Chen H. Y.; Kuang D. B. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 42301 |
| [70] | Wu Y.; Wang P.; Zhu X.; Zhang Q.; Wang Z.; Liu Y.; Zou G.; Dai Y.; Whangbo M. H.; Huang B. Adv. Mater. 2018, 30, 1704342 |
| [71] | Ou M.; Tu W.; Yin S.; Xing W.; Wu S.; Wang H.; Wan S.; Zhong Q.; Xu R. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 13570 |
| [72] | Pu Y. C.; Fan H. C.; Liu T. W.; Chen J. W. J. Mater. Chem. A 2017, 5, 25438 |
| [73] | Kong Z. C.; Liao J. F.; Dong Y. J.; Xu Y. F.; Chen H. Y.; Kuang D. B.; Su C. Y. ACS Energy Lett. 2018, 3, 2656 |
| [74] | Wu L. Y.; Mu Y. F.; Guo X. X.; Zhang W.; Zhang Z. M.; Zhang M.; Lu T. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 9491 |
| [75] | Wan S. P.; Ou M.; Zhong Q.; Wang X. M. Chem. Eng. J. 2019, 358, 1287 |
| [76] | Guo S. H.; Zhou J.; Zhao X.; Sun C. Y.; You S. Q.; Wang X. L.; Su Z. M. J. Catal. 2019, 369, 201 |
| [77] | Huang H.; Yuan H.; Janssen K. P. F.; Solís-Fernández G.; Wang Y.; Tan C. Y. X.; Jonckheere D.; Debroye E.; Long J.; Hendrix J.; Hofkens J.; Steele J. A.; Roeffaers M. B. J. ACS Energy Lett. 2018, 3, 755 |
| [78] | Kanai M. Science 2018, 361, 647 |
| [79] | Wang P.; Guo S.; Wang H. J.; Chen K. K.; Zhang N.; Zhang Z. M.; Lu T. B. Nat. Commun. 2019, 10, 3155 |
| [80] | Mishra G.; Mukhopadhyay M. Sci. Rep. 2019, 9, 4345 |
| [81] | Fu M. C.; Shang R.; Zhao B.; Wang B.; Fu Y. Science 2019, 363, 1429 |
| [82] | Li X.; Yu J.; Jaroniec M.; Chen X. Chem. Rev. 2019, 119, 3962 |
| [83] | Kim J. H.; Jo Y.; Kim J. H.; Jang J. W.; Kang H. J.; Lee Y. H.; Kim D. S.; Jun Y.; Lee J. S. ACS Nano 2015, 9, 11820 |
| [84] | Luo J.; Im J. H.; Mayer M. T.; Schreier M.; Nazeeruddin M. K.; Park N. G.; Tilley S. D.; Fan H. J.; Gratzel M. Science 2014, 345, 1593 |
| [85] | Andrei V.; Hoye R. L. Z.; Crespo-Quesada M.; Bajada M.; Ahmad S.; De Volder M.; Friend R.; Reisner E. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1801403 |
| [86] | Luo J. S.; Vermaas D. A.; Bi D. Q.; Hagfeldt A.; Smith W. A.; Gratzel M. Adv. Energy Mater. 2016, 6, 1600100 |
| [87] | Da P.; Cha M.; Sun L.; Wu Y.; Wang Z. S.; Zheng G. Nano Lett. 2015, 15, 3452 |
| [88] | Zhang H. F.; Yang Z.; Yu W.; Wang H.; Ma W. G.; Zong X.; Li C. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1800795 |
| [89] | Crespo-Quesada M.; Pazos-Outon L. M.; Warnan J.; Kuehnel M. F.; Friend R. H.; Reisner E. Nat. Commun. 2016, 7, 12555 |
| [90] | Nam S.; Mai C. T. K.; Oh I. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 14659 |
| [91] | Gao L. F.; Luo W. J.; Yao Y. F.; Zou Z. G. Chem. Commun. (Camb.) 2018, 54, 11459 |
| [92] | Ahmad S.; Sadhanala A.; Hoye R. L. Z.; Andrei V.; Modarres M. H.; Zhao B.; Ronge J.; Friend R.; De Volder M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 23198 |
| [93] | Luo J.; Yang H.; Liu Z.; Li F.; Liu S.; Ma J.; Liu B. Mater. Today Chem. 2019, 12, 1 |
| [94] | Kim I. S.; Pellin M. J.; Martinson A. B. F. ACS Energy Lett. 2019, 4, 293 |
| [95] | Poli I.; Hintermair U.; Regue M.; Kumar S.; Sackville E. V.; Baker J.; Watson T. M.; Eslava S.; Cameron P. J. Nat. Commun. 2019, 10, 2097 |
| [96] | Tao R.; Sun Z. X.; Li F. Y.; Fang W. C.; Xu L. ACS Appl. Energy Mater. 2019, 2, 1969 |
| [97] | Park S.; Chang W. J.; Lee C. W.; Park S.; Ahn H.-Y.; Nam K. T. Nat. Energy 2016, 2, 16185 |
| [98] | Wang L.; Xiao H.; Cheng T.; Li Y.; Goddard W. A. 3rd J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 1994 |
| [99] | Wu Y.; Wang P.; Guan Z.; Liu J.; Wang Z.; Zheng Z.; Jin S.; Dai Y.; Whangbo M.-H.; Huang B. ACS Catalysis 2018, 8, 10349 |
| [100] | Zhao Z.; Wu J.; Zheng Y.-Z.; Li N.; Li X.; Ye Z.; Lu S.; Tao X.; Chen C. Appl. Catal. B-Environ. 2019, 253, 41 |
| [101] | Wang X.; Wang H.; Zhang H.; Yu W.; Wang X.; Zhao Y.; Zong X.; Li C. ACS Energy Lett. 2018, 3, 1159 |
| [102] | Wang H.; Wang X.; Chen R.; Zhang H.; Wang X.; Wang J.; Zhang J.; Mu L.; Wu K.; Fan F.; Zong X.; Li C. ACS Energy Lett. 2018, 4, 40 |
| [103] | Kanhere P.; Chen Z. Molecules 2014, 19, 19995 |
| [104] | Shi R.; Waterhouse G. I. N.; Zhang T. R. Solar RRL 2017, 1, 1700126 |
| [105] | Hou J.; Cao S.; Wu Y.; Gao Z.; Liang F.; Sun Y.; Lin Z.; Sun L. Chemistry 2017, 23, 9481 |
| [106] | Li Z.-J.; Hofman E.; Li J.; Davis A. H.; Tung C.-H.; Wu L.-Z.; Zheng W. Adv. Funct. Mater. 2018, 28, 1704288 |
| [107] | Zhang Y.-Y.; Chen S.; Xu P.; Xiang H.; Gong X.-G.; Walsh A.; Wei S. -H. Chinese Phys. Lett. 2018, 35, 036104 |
| [108] | Jiang Y.; Liao J. F.; Xu Y. F.; Chen H. Y.; Wang X. D.; Kuang D. B. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 13762 |
| [109] | Tang C.; Chen C. Y.; Xu W. W.; Xu L. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 6911 |
| [110] | Aamir M.; Shah Z. H.; Sher M.; Iqbal A.; Revaprasadu N.; Malik M. A.; Akhtar J. Mater. Sci. Semicond. Process. 2017, 63, 6 |
| [111] | Wang Y. D.; Luo L. F.; Chen L.; Ng P. F.; Lee K. I.; Fei B. ChemNanoMat 2018, 4, 1054 |
| [112] | Gao G.; Xi Q.; Zhou H.; Zhao Y.; Wu C.; Wang L.; Guo P.; Xu J. Nanoscale 2017, 9, 12032 |
| [113] | Schunemann S.; Tuysuz H. Eur. J. Inorg. Chem. 2018, 2018, 2350 |
| [114] | Mollick S.; Mandal T. N.; Jana A.; Fajal S.; Desai A. V.; Ghosh S. K. ACS Appl. Nano Mater. 2019, 2, 1333 |
| [115] | Chen K.; Deng X.; Dodekatos G.; Tuysuz H. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 12267 |
| [116] | Wong Y. C.; De Andrew Ng J.; Tan Z. K. Adv. Mater. 2018, 30, e1800774 |
| [117] | Wu W.-B.; Wong Y.-C.; Tan Z.-K.; Wu J. Catal. Sci. Technol. 2018, 8, 4257 |
| [118] | Hong Z.; Chong W. K.; Ng A. Y. R.; Li M.; Ganguly R.; Sum T. C.; Soo H. S. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 3456 |
| [119] | Zhu X.; Lin Y.; Sun Y.; Beard M. C.; Yan Y. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 733 |
| [120] | Zhu X.; Lin Y.; San Martin J.; Sun Y.; Zhu D.; Yan Y. Nat. Commun. 2019, 10, 2843 |
| [121] | Jellicoe T. C.; Richter J. M.; Glass H. F.; Tabachnyk M.; Brady R.; Dutton S. E.; Rao A.; Friend R. H.; Credgington D.; Greenham N. C.; Bohm M. L. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2941 |
| [122] | Hao F.; Stoumpos C. C.; Cao D. H.; Chang R. P. H.; Kanatzidis M. G. Nat. Photonics 2014, 8, 489 |
| [123] | Ke W.; Kanatzidis M. G. Nat. Commun. 2019, 10, 965 |
| [124] | Zhang W.; Zhao Q.; Wang X.; Yan X.; Xu J.; Zeng Z. Catal. Sci. Technol. 2017, 7, 2753 |
| [125] | Reyes-Perez F.; Gallardo J. J.; Aguilar T.; Alcantara R.; Fernandez-Lorenzo C.; Navas J. Chemistryselect 2018, 3, 10226 |
| [126] | Cardenas-Morcoso D.; Gualdron-Reyes A. F.; Ferreira Vitoreti A. B.; Garcia-Tecedor M.; Yoon S. J.; Solis de la Fuente M.; Mora-Sero I.; Gimenez S. J. Phys. Chem. Lett. 2019, 10, 630 |
| [127] | Yang B.; Chen J.; Yang S.; Hong F.; Sun L.; Han P.; Pullerits T.; Deng W.; Han K. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 5359 |
| [128] | Slavney A. H.; Hu T.; Lindenberg A. M.; Karunadasa H. I. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 2138 |
| [129] | Liu Y.-L.; Yang C.-L.; Wang M.-S.; Ma X.-G.; Yi Y. -G. J. Mater. Sci. 2018, 54, 4732 |
/
| 〈 |
|
〉 |
