摘 要

钙钛矿是一个备受瞩目的研究对象，其具有独特的光电特性和在光电领域的应用潜力。本综述从钙钛矿的特性着手，首先对其历史、结构、性质及应用进行概述以产生全面的了解。接着总结常规的制备方法和表征方法，旨在能够选择合适的制备和表征方法得到性能优异的材料及观察分析现象。最后概述其在光催化领域的应用和改良方法。本文对了解钙钛矿在光催化制氢领域的应用具有一定的指导意义。

论文主要研究了钙钛矿材料在光催化制氢领域的应用和各种制备、表征方法及相应的原理。

研究结果表明钙钛矿材料是一种优异的光催化材料，在应用范围与催化性能上都有很大的提升与改进空间。通过改良钙钛矿材料的带隙结构、光生载流子分离传输效率及环境稳定性，其有希望成为新一代高效稳定且最具有普适性的光催化剂材料。

本文的特色是将经典钙钛矿材料归为一类进行概述。氧化物钙钛矿、卤素钙钛矿及有机无机杂化钙钛矿虽然性质间存在差异，但是具有相同的ABX₃型结构通式并且在制备方法、表征方法和改良手段上存在许多共通之处。

关键词：钙钛矿；光催化；光催化产氢；制备方法；表征方法

Abstract

Perovskite is an attractive research object, which has unique optoelectronic properties and potential applications in photovoltaics. This review starts from the characteristics of perovskite. Firstly, the history, structure, properties and applications of perovskite are summarized to generate a comprehensive understanding. Then, the main methods of preparation and characterization are summarized, aiming at selecting suitable preparation and characterization methods to obtain excellent materials and analyzing the phenomena. Finally, the application and improvement in the field of photocatalysis are summarized. This paper is instructive to understand the application of perovskite in the field of photocatalytic hydrogen production.

This review aims to provide a survey about the application of perovskite materials in photocatalytic hydrogen production and all kinds of preparation, characterization methods with corresponding principle.

The results show that perovskite is an excellent photocatalytic material, which has a great potential to improve its application and catalytic performance. By improving the bandgap structure, the transport efficiency and the environmental stability, perovskite is expected to become a new generation of photocatalyst materials with high efficiency, stability and universality.

The characteristic of this paper is to summarize the classic perovskite materials into one category. Although the properties of oxide perovskite, halogen perovskite and organic-inorganic hybrid perovskite are different, they have the same ABX₃ general structure. There are many common points in the preparation method, characterization method and improvement method.

Keywords: perovskites; photocatalysis; photocatalytic hydrogen production; preparation methods; characterization methods

目 录

第1章 绪论 1

1.1 半导体光催化技术概况 1

1.1.1 引言 1

1.1.2 半导体光催化机理 1

1.1.3 光催化材料发展 2

1.2 钙钛矿光催化剂概述 4

1.2.1 钙钛矿材料的历史 4

1.2.2 钙钛矿的结构 5

1.2.3 钙钛矿的性质 6

1.2.4 应用前景 7

1.3 选题内容及意义 7

第2章 钙钛矿光催化剂制备方法总结 9

2.1 固相法 9

2.2 液相法 10

2.2.1 水热合成法 10

2.2.2 模板剂法 10

2.2.3 共沉淀法 11

2.2.4 溶胶凝胶法 12

2.2.5 配体胶束法 12

2.3 气相法 13

第3章 钙钛矿表征方法总结 15

3.1 结构形貌和晶体结构的表征方法 15

3.1.1 TEM 15

3.1.2 SEM 16

3.1.3 XRD 16

3.1.4 BET 17

3.2 光谱和能谱类的表征方法 18

3.2.1 FITR 18

3.2.2 UV-Vis/DRS 18

3.2.3 XPS 19

3.2.4 PL 20

3.3 光催化性能的表征方法 21

第4章 钙钛矿光催化制氢机理及应用 22

4.1 钙钛矿光催化机理及影响因素 22

4.1.1 光催化机理 22

4.1.2 影响因素 22

4.2 光催化制氢 23

4.2.1 构建钙钛矿光电极 23

4.2.2 钙钛矿催化剂 24

4.3 提升产氢性能的方法 26

4.4 提高环境稳定性的方法 26

第5章 结论与展望 29

5.1 结论 29

5.2 展望 29

致谢 30

参考文献 31

绪论

半导体光催化技术概况

引言

随着社会经济的飞速发展，化石能源的消耗也不断增加。由此产生的能源短缺和环境污染问题迫在眉睫。而半导体光催化技术的问世提供了同时解决两大世界性难题的策略，因此备受海内外研究者们的关注和期待。它不仅能实现太阳能向化学能转化，提供可再生清洁能源，同时也能氧化分解有机污染物。

氢气是一种高效、安全、环保的可再生能源，在所有能源材料中其拥有较高的热值（39.4 kw h^-1 kg^-1）^[1]，且生产过程中不会产生任何二次损伤，是近年来许多研究人员的重点关注目标。氢气传统的生产方法主要为水煤气法和石油热裂法。由于太阳能是天然、可再生的环保能源，且光催化分解水得到的氢气具备高纯度、高热值、无污染等优点，因此光催化产氢技术被视为解决当前世界能源问题的关键。1972年日本东京大学的Fujishima和Honda研究发现，TiO₂单晶可以进行光催化反应分解水生成氢气和氧气^[2]。这一突破性的成果标志着半导体光催化分解水产氢研究的全面启动。自此40多年间, 研究者们不断投身于光催化材料开发与应用中，并取得了丰硕的成果。

半导体光催化机理