Small:具有压电光电子学效应的非对称火柴棒纳米结构提高压电光催化性能

在光催化应用中,提高太阳能吸收和转化效率,促进光催化剂中光生电子和空穴的产生和快速分离是提高光催化效率的有效途径。压电光电子学效应利用压电电场来调制载流子在光电过程中的分离、输运和复合,已经被证明是有效的构建内建电场提高光催化的方法。在应用中,设计合理、高效的具有压电光电子学效应的催化剂结构是一个需要解决的问题。

中国科学院北京纳米能源与系统研究所李琳琳课题组向德力和刘志荣等人在李琳琳研究员和王中林院士的指导下,制备了具有非对称结构的Au-ZnO肖特基结纳米棒阵列作为催化剂,Au纳米颗粒仅分布在ZnO纳米棒的顶端。这种非对称结构能够通过Au-ZnO肖特基结结构提高光利用,促进光生载流子的定向分离。更重要的是,ZnO在机械应力下产生的压电势能够促进载流子的产生和定向分离,并降低肖特基势垒高度,提高热电子从金属到半导体的注入效率。应用于降解染料时,光和超声波应力的共同作用将催化效率从光催化的62%提高至95%,同时显著高于对称结构Au-ZnO纳米棒阵列的催化效率。该工作为实现高效的载流子输运和分离提供了一种新的策略。相关论文在线发表在Small (10.1002/smll.201907603)。