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钙钛矿铁电半导体的光催化研究现状及其展望

崔宗杨 谢忠帅 汪尧进 袁国亮 刘俊明

钙钛矿铁电半导体的光催化研究现状及其展望

崔宗杨, 谢忠帅, 汪尧进, 袁国亮, 刘俊明, 等
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-02-26

钙钛矿铁电半导体的光催化研究现状及其展望

  • 1. 南京理工大学 材料科学与工程学院
  • 2. 南京大学物理系 固体微结构物理国家重点实验室
    基金项目: 国家级-国家自然科学基金(51790492、51431006、51902159 、61874055)

摘要: 钙钛矿材料可以分为ABO3氧化物和ABX3(X=Cl、Br或I)卤化物两大类,它们都具有丰富的物理性质和优异的光电性能,比如铁电性和光催化性能。本文介绍了BiFeO3和MAPbI3等铁电半导体光催化材料和异质结的制备方法,总结了它们在光电催化方面的研究进展。目前研究者已经针对氧化物光催化材料做了各种研究,包括:降低吸光层铁电材料的带隙,制备铁电/窄带半导体吸光层异质结,制备比表面积很大的纳米片、纳米棒或者其它纳米结构,以便吸收更多可见光;让铁电极化及其退极化场垂直于光催化工作电极表面,通过铁电/半导体异质结能带弯曲提供内电场,通过外电场进行光电催化,从而通过内、外电场高效分离光生-电子空穴对;通过光催化或者光电催化降解染料、分解水制氢、将CO2转换为燃料;通过铁电、热释电和压电协同效应提高催化效应和能量转换效率。MAPbI3等卤素钙钛矿具有优异的半导体性质,其铁电性可能是引起超长的少数载流子寿命和载流子扩散长度的原因。通过优化光催化多层膜结构并添加防止电解液渗透的封装层可以避免MAPbI3被电解液分解,从而制备了具有很高能量转换效率的光电催化结构。最后,我们分析了钙钛矿铁电半导体在光电催化领域面临的挑战,并展望了其应用前景。

English Abstract

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