Small:基于压电极化诱导光生电荷转移的高效催化行为

光生电荷转移是光化学与光物理中的重要现象。特别是在光生电荷参与的催化化学反应中,光生载流子的利用率在极大程度上影响甚至决定着催化反应速率。面对高效捕光材料的匮乏和光量子产率低下的问题,如何优化提升光生电荷的分离与转移速,迫切需要利用新方法、新理论、新技术加以求解。近年来以压电极化效应调制光生电荷转移的新途径在光催化制氢、还原二氧化碳以及降解有机污染物等方面展现出了广阔的发展应用前景,同时该策略也使环境机械能转变为化学能变得切实易行。

需要指出的是,目前基于压电效应调控光生电荷转移的理论方法实践仍需进一步完善提高。正是在这一背景下,同济大学材料科学与工程学院翟继卫教授课题组利用溶剂热法制备合成了具有较好光电性质和压电响应性能的BiOX/BTO纳米复合材料。研究发现,这种复合材料提升光催化反应速率的主要原因有:一是复合材料因建立新的费米能级平衡而形成了较大内建电场;二是复合材料表现出了显著增强的压电势差。在电化学势和压电势差的共同介导下,该材料呈现出了超快的有机物光催化降解性能。反之,该复合材料在单独的超声应力或光照作用下,其催化性能均大大降低。这进一步说明了压电势和光电流密度的协同作用在促进光催化反应速率提升中的重要性。

此研究对于深入理解压电势、电化学势以及光催化化学反应速率之间的内在联系提供了一种可资借鉴的新方法。相关结果以“Remarkable Piezophoto Coupling Catalysis Behavior of BiOX/BaTiO3 (X = Cl, Br, Cl0.166Br0.834) Piezoelectric Composites”为题,在线发表在Small(DOI:10.1002/smll.202001573)上。