Page 33 - 《精细化工》2022年第12期

第 12 期 张琴琴，等: 钙钛矿型光催化材料的应用现状及进展 ·2399·

的出现使以生物处理和化学处理为代表的传统方法 理特性以及氧化还原性、催化活性等化学性质，已
面临失效的危险，光催化技术和光芬顿技术因具有高 经广泛应用于催化领域 [15-16] 。
效和环境友好的双重优势而逐渐成为研究热点 [2-3] 。 近年来，研究者发现钙钛矿型材料具备优异的
两种技术是在光催化剂、光辐射和氧化剂等条件下 电子结构，利于电子激发和迁移，可将光响应段向
产生强氧化性的自由基，进而实现无选择性地氧化 可见光区移动，所以钙钛矿型材料作为光催化剂对
大部分有机污染物，其研究核心为光催化剂 [4-5] 。金 太阳光具有极高的利用率 [17] 。同时，通过晶格畸变
属氧化物、氮化物、磷化物、硫化物、非金属和铋 可以强烈影响钙钛矿型材料的光生电荷载流子的分
系等光催化材料被广泛研究，但其存在成本高、不 离，进而避免复合过程 [18] 。所以，钙钛矿型材料作
可再生、比表面积小、光吸收能力差、光吸收范围窄、 为新型光催化剂的潜力逐步得到重视。
载流子分离效率和光催化活性低等问题，这促使研 钙钛矿型材料的光催化原理与传统光催化材料
究者继续寻找低成本、稳定和高效的光催化剂 [6-10] 。 相似。在可见光或紫外光照射下，钙钛矿产生光生
钙钛矿型材料具有与天然钙钛矿（CaTiO 3 ）相 电子和空穴，光生电子和空穴在内部电场力的作用下
同的晶体结构（图 1a），其化学通式为 ABX 3 ，A 为 分离并分别转移到导带（CB）和价带（VB），这些电
碱土或稀土金属离子，B 为过渡金属离子，X 为原 荷与表面吸附的氧气和氧化物发生反应，产生具有强
子半径较小的阴离子 [11-12] 。通过元素的替换和掺杂 氧化性的自由基，进而实现污染物的降解（图 1b） [19-20] 。
可以调控钙钛矿型材料的催化性能，A 位和 B 位都 本文综述了钙钛矿型光催化剂的活性影响因
可被相同或不同价态离子取代，用 A 1−x A′ x B 1−y B′ y X 3+δ 素、新型钙钛矿光催化材料的发展现状以及钙钛矿
表示 [13] 。元素周期表中绝大部分元素都能组成稳定 材料在光催化领域的应用现状，并对其目前面临的
的钙钛矿结构 [14] 。钙钛矿材料具有光、电、磁等物 问题及未来发展方向进行了展望（图 2）。

图 1 钙钛矿材料的晶体结构（a）；钙钛矿光催化剂降解污染物机理（b） [20]
Fig. 1 Crystal structure of perovskites (a); Mechanism of degradation of pollutants by perovskite photocatalyst (b) [20]

1 催化活性影响因素

钙钛矿型光催化剂的制备方法、化学组成、氧
空位浓度和晶格缺陷等因素在催化反应过程中起到
重要作用 [21] 。
1.1 制备方法
制备方法直接影响钙钛矿的光学、电子性能和
比表面积等性质，从而影响材料的光响应范围和载
流子复合效率 [22] 。钙钛矿的制备方法有固相反应
法、溶胶-凝胶法、化学沉淀法和水热合成法等 [23] 。
固相反应法是钙钛矿制备的经典工艺，但已无法满
足现阶段对钙钛矿纯度和晶粒尺寸的要求，所以目
前溶胶-凝胶法、共沉淀法和水热合成法受到更多关
注 [24] 。CHIEN 等 [25] 分别采用共沉淀法、水热合成法

和溶胶-凝胶法制备 BiFeO 3 用于光催化降解苯酚。
图 2 钙钛矿型光催化剂研究进展总图
Fig. 2 Overview of research progress of perovskite photocatalysts 结果表明，3 种方法制备的钙钛矿晶体结构、光学