综述：无机无铅卤化物钙钛矿在光催化太阳能燃料生产中的最新进展与挑战

《Energy & Fuels》：Inorganic Lead-Free Halide Perovskites for Photocatalytic Solar Fuel Production: Recent Advances and Challenges

本综述系统梳理了无机无铅卤化物钙钛矿（ILFHP）这一新兴光催化剂在太阳能燃料（H2和CO2还原）转化中的研究进展，重点阐释了其结构特性对光吸收和电荷载流子动力学的影响，并深入探讨了组分调控、形貌设计、异质结构建等提升光催化效率与稳定性的策略，为清洁能源开发提供了重要参考。

　　

结构特性与光电性能

无机无铅卤化物钙钛矿（ILFHP）因其独特的晶体结构和可调谐的能带特性，在光催化领域展现出巨大潜力。这类材料通过元素替代（如锡、锗、铋等）实现了环境友好性与稳定性的平衡，其晶体结构直接影响光生电子-空穴对的分离效率与迁移速率，从而决定光催化活性。研究表明，ILFHP的维度调控（如零维、二维结构）能够有效暴露活性位点并调控载流子动力学，为高效太阳能转化奠定基础。

光催化反应应用

在太阳能燃料生产方面，ILFHP基催化剂主要用于析氢（H₂）反应和二氧化碳（CO₂）还原反应。在H₂演化中，材料的光吸收范围与能带位置需与水解电位匹配，并通过助催化剂（如Pt、MoS₂）提升表面反应动力学。对于CO₂还原，ILFHP的导带位置和表面缺陷工程对产物选择性（如CO、CH₄）具有关键影响，反应路径涉及多电子转移过程，需协同优化反应条件（如光源、牺牲剂、反应器设计）以提升转化效率。

性能优化策略

为克服ILFHP材料在光催化中的局限性（如电荷复合、稳定性不足），研究者开发了多种调控策略：通过组分工程（如卤素掺杂、阳离子替换）调节能带结构；利用形貌控制（纳米片、量子点）增强光捕获能力；构建异质结（如ILFHP/金属氧化物、ILFHP/硫化物）促进界面电荷分离；采用封装技术（如碳层、聚合物包裹）提高化学稳定性。这些方法共同致力于优化光吸收、载流子分离与表面反应协同机制，推动ILFHP从实验室走向实际应用。

挑战与展望

尽管ILFHP光催化剂在太阳能燃料转化中取得显著进展，仍面临活性位点不足、长期稳定性差、反应机理不明确等挑战。未来研究需聚焦于精准表征技术（如原位光谱、理论计算）揭示反应动力学本质，开发低成本规模化制备工艺，并探索与其他能源系统（如光电化学、人工光合作用）的集成方案，为实现碳中和目标提供新路径。