我院翟继卫教授课题组发表压光极化诱导催化机制研究新成果
日期:2019年10月08日 17:55     点击:[78]

 

924日,国际权威期刊Nano Energy(《纳米能源》,影响因子15.548)在线发表了同济大学材料科学与工程学院翟继卫教授课题组关于压电光极化诱导催化机制研究方面的最新成果。该研究系统揭示了同型异质结增强的压电势与催化反应速率之间的内在联系,并从全新视角解释了压电势与电化学势协同促进电荷载流子快速分离与转移的催化氧化机理。

 

论文题为“Piezophototronic effect in enhancing charge carrier separation and transfer in ZnO/BaTiO3 heterostructures for high-efficiency catalytic oxidation”,同济大学为第一署名单位,中科院上海硅酸盐研究所为联合署名单位,翟继卫教授为通讯作者,材料科学与工程学院博士生周小风为第一作者。

 

基于压电、光激发以及半导体特性三者之间的耦合所产生的压电光效应,已被广泛用于发光二极管、光电探测器、光电池、太阳能电池以及其他光电器件的优化升级和改进设计中。然而,借助压电光效应激发的电荷载流子在环境净化、光解水制氢或化学合成等领域的应用,相关研究大多停留在实践认知层面或未深入探究受激电子与物理化学现象之间的本征关联。正是从这一背景出发,构建具有增强的压电光效应和具有优异物理化学性质的压电半导体,显得尤为重要。

 

 

ZnO/BaTiO3异质结压电力扫描显微镜谱图(ab)和其催化氧化机理示意(c

 

本文采用溶液浸渍焙烧法,设计合成了以缩短反应时间和可重复性高为要素的ZnO/BaTiO3压电半导体异质结。研究发现,此异质结在超声启发的108 Pa压力介导下,产生的压电电势差显著高于纯相BaTiO3ZnO。另外,ZnO/BaTiO3异质结展现出了比纯相BaTiO3ZnO更负的平带电位以及更小的传荷电阻。因此,在压电光效应的驱动下,该异质结表现出了对有机物较好的催化氧化降解性能,相应反应速率常数为1.20×10–1 min–1,是纯相BaTiO31.50倍和ZnO2.00倍。这将为理解宏观极化与催化氧化过程之间的相互关系提供参考,也有助于多能量收集压电材料的发展和应用。

 

此项工作得到了国家自然科学基金(编号51772211))和中国科学院仪器研制项目(编号ZDKYQ20180004)的共同资助。

 

文章链接:https://authors.elsevier.com/a/1Zpha7soS7u1Or

 

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