光解水是解决当前能源和环境问题的最理想方式之一，然而成本和效率问题极大的阻碍了其产业化进程。在已开发的光催化体系中，基于钙钛矿材料（如SrTiO3, BiFeO3，BaTiO3等）的光催化体系越来越受到人们的关注，主要由于钙钛矿材料具有高稳定性、高催化活性、优越的结构灵活性和简易性（图1），从而可以方便的调控材料的化学成分、构型和能带结构，最终设计和构建高效的光催化材料和体系。因此，设计和开发基于钙钛矿材料的光催体系，逐渐成为推进光解水产业化进程的一种理想的途径和研究的热点。

图1.钙钛矿材料晶胞的结构示意图
钙钛矿作为理想的光催化材料虽然具有很多优势，但是大部分材料的带隙都比较宽，从而很难响应占太阳光能量约95%的可见光和红外光，这极大的限制了体系对太阳能的利用率和整体的催化性能。因此，开发基于钙钛矿材料光解水体系的改性策略，从而优化影响光催化反应的三个关键过程，即体系中光生载流子产生能力、分离和迁移能力、以及驱动表面催化反应的能力，一直是该领域研究的核心和关键。
基于此，中科院半导体研究所王智杰研究员等重点围绕调控材料的化学成分，晶体结构和构型调控，利用材料的铁电性质，构建异质结结构，构建基于等离基元效应的光催化体系五个方面，系统总结了当前基于钙钛矿材料光催化体系的改性策略和最新进展。此外，针对当前研究中面临的核心问题，本文也归纳了解决的策略和未来的研究方向。具体为：
（1）钙钛矿材料中A, B和X位点元素的选择和掺杂，被认为是调控材料带隙从而提升其光催化性能的一种有效策略，然而较低的光吸收能力仍然是阻碍体系整体性能的一个重要问题。因此，开发高效精密的实验技术来精确控制元素掺杂的位置、种类和浓度非常必要，同时协同掺杂金属和非金属元素来调控材料的能带结构和光催化性能，也是未来值得探索的方向。
（2）表面工程、晶体结构和材料构型工程、以及构建异质结已被证明是提升体系催化性能的有效策略。然而，这些改性策略的内在机理和复合体系内不同组分间的作用机理依然没有完全澄清，因此，开发新的实验手段和理论计算方法来揭示这些问题，从而指引基于钙钛矿光催化体系的设计和开发也是未来研究的一个有效方向。
（3）光催化分解水产生氢气和氧气存在一个激活的势垒，而大部分钙钛矿材料都具有较宽的带隙，因此设计和开发具有适宜的带隙，并且能够高效全解水的光催化材料，仍然面临着巨大的挑战，而协同利用不同改性策略和开发先进的材料合成技术将是一个有效的解决思路。
（4）除了开发高效的光催化材料和体系外，深入探索材料和体系的催化反应机理也是一个需要关注的问题，这将有利于为设计和开发高效光催化材料和体系提供指导和方向，因此，需要开发更有效的实验和计算方法来解决这些问题。
The application of perovskite materials in solar water splitting
Yanbin Huang, Jun Liu, Yanchun Deng, Yuanyuan Qian, Xiaohao Jia, Mengmeng Ma, Cheng Yang, Kong Liu, Zhijie Wang, Shengchun Qu, Zhanguo Wang
J. Semicond. 2020, 41(1), 011701
doi: 10.1088/1674-4926/41/1/011701
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（来源：半导体学报公众号）