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BiFeO3/TiO2核壳纳米复合材料通过压电光电子效应协同催化降解有机染料分子
摘要： 具有R3C空间群的BiFeO3/TiO2核壳纳米复合材料展现出优异的协同催化活性，这种活性源自压电催化与光催化（即压光电效应）的结合。在超声辐照和光照条件下，BiFeO3/TiO2核壳纳米复合材料（称为复合催化剂BiFeO3/TiO2 NCs-P）通过压电极化作用对染料分子的分解降解活性比未极化的BiFeO3/TiO2纳米复合材料（BiFeO3/TiO2 NCs）高出432%。响应机械力（超声振动）激发时，结果表明BiFeO3纳米颗粒能通过内建电场有效降低载流子复合速率。随后，混合催化剂在溶液中表面发生氧化还原反应，产生强氧化性自由基并进一步分解有机染料。压光电效应的反应速率常数分别比单一压电催化和光催化过程高出566%和388%。经过四次连续循环降解测试后，该复合催化剂仍保持约85%的压光电效应降解活性。荧光光谱分析显示，羟基自由基信号随催化剂浓度增加和超声振动时间延长而增强。本研究表明，含有铁电材料的复合催化剂为工业应用提供了新型催化剂设计策略。
关键词： 压电催化、压光电子学、二氧化钛、铁酸铋、光催化、纳米复合材料
更新于2025-09-10 09:29:36
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铁电极化促进体相电荷分离实现SrBi4Ti4O15高效CO2光还原
摘要： 体相中光生电荷载流子的快速复合仍是当前光催化面临的主要障碍。鉴于铁电极化能诱导各向异性电荷分离，直接开发铁电材料作为光活性半导体催化剂颇具前景。本研究报道了铁电层状钙钛矿SrBi4Ti4O15作为高效CO2还原的稳健光催化剂。在无助催化剂和牺牲剂的条件下，经退火处理后具有最强铁电性的SrBi4Ti4O15纳米片在气固反应体系中展现出显著的CH4演化光催化CO2还原活性（速率达19.8 μmol·h-1·g-1），在365 nm处表观量子产率（AQY）为1.33%，优于大多数已报道的光催化剂。铁电滞回线、压电力显微镜（PFM）和纳秒级时间分辨荧光光谱揭示，SrBi4Ti4O15卓越的CO2光还原活性主要源于沿[100]方向的强铁电自发极化，该极化促使电荷沿相反方向实现高效体相分离。DFT计算还表明电子和空穴在a轴方向均呈现最小有效质量，证实铁电极化促进了载流子的高迁移率。这项研究表明，传统上作为铁电/压电陶瓷研究的半导体铁电材料，如今或可有力应用于光催化领域以应对日益严峻的能源危机。
关键词： 二氧化碳光还原、铁电钙钛矿、自发极化、SrBi4Ti4O15纳米片、压电催化
更新于2025-09-09 09:28:46
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压电调制在电催化与光催化中的应用
摘要： 电化学催化剂的设计与优化主要依赖于对界面电荷转移的理解与促进。近年来，压电电子学已成为调控界面能带的新兴方法。利用压电或铁电极化实现的独特能带工程能力，可能带来超越化学或结构优化的电催化性能提升。本文阐述了固液界面表面极化及其相应能带调制的基本原理，从光催化、光电化学及电化学过程（特别是能源相关应用）等多角度探讨了压电电子调制的最新进展。文章介绍了压催化概念——即机械能直接向化学能的转化，并以机械驱动水分解为例进行说明。尽管仍处于早期阶段，压电电子学有望成为革新电化学催化的强大工具。
关键词： 电催化、压电电子学、压电极化、压电催化、铁电极化
更新于2025-09-04 15:30:14