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范峰滔Nature子刊：雙極電荷收集結(jié)構(gòu)助力鐵電光催化劑實(shí)現(xiàn)整體水分解

由于單向電荷分離和高于間隙的光電壓，鐵電體被認(rèn)為是太陽能燃料生產(chǎn)的優(yōu)秀光催化候選材料。盡管有明確的理論基礎(chǔ)，但在鐵電體中使用光生電荷進(jìn)行高效太陽能轉(zhuǎn)換仍然是一項(xiàng)長期挑戰(zhàn)。因此，在鐵電基半導(dǎo)體中設(shè)計(jì)良好的微/納米結(jié)構(gòu)在太陽能轉(zhuǎn)換中具有重要意義。

近日，中科院大連化物所范峰滔課題組提出了一種在金屬/鐵電界面處制造納米電荷收集結(jié)構(gòu)的方法，以在Au陣列修飾的BaTiO₃單晶上實(shí)現(xiàn)整體水分解。

研究人員在鐵電半導(dǎo)體襯底的表面上制造具有適當(dāng)密度的六邊形陣列的金顆粒；單個(gè)金粒子是增強(qiáng)的電荷收集和利用點(diǎn)，助催化劑可以在光照下選擇性地沉積在金顆粒上。在熱化長度內(nèi)集中的光生電荷可以促進(jìn)光催化活性，相反，光催化還原和氧化反應(yīng)可以分別在正極和負(fù)極鐵電疇上進(jìn)行空間分離。因此，在光催化水分解的情況下，析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)可以同時(shí)發(fā)生。

由于高能光生電荷，制備的Au陣列/BTO光催化劑顯示出優(yōu)異的光催化整體水分解性能。光催化反應(yīng)表明，Au/BTO表現(xiàn)出比純BTO更高的活性；盡管鈣鈦礦BTO顯示出熱力學(xué)合適的能帶和大量電荷分離來分解水，但通過BTO進(jìn)行的整體水分解效果仍不盡人意，這再次強(qiáng)調(diào)了在熱化長度內(nèi)利用鐵電體中的光生電荷的重要性。

Bipolar Charge Collecting Structure Enables Overall Water Splitting on Ferroelectric Photocatalysts. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-32002-y

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