研究亮点

胡程:铋系层状钙钛矿极性单晶纳米片高效压电-光协同催化【AFM,2020】
发布:科技处 2020-06-24 阅读:

活性氧物种在先进氧化过程和生物技术中具有巨大的应用潜力,尤其是双氧水在工业、军事和医疗中具有非常重要的应用。目前,光催化反应是产生活性物种的有效方式,但光生载流子的快速复合以及光吸收不足等问题仍大大限制其应用前景将压电催化和光催化过程相耦合,不仅为表面氧化还原反应提供了充足的光生载流子,同时也引入了压电场来大幅促进载流子的有效分离。然而,这种联合手段目前还极少被用于产生活性氧物种,而且同时具有可见光和压电响应的极化光催化材料还鲜有报道,特别是压电势对光催化材料的能带结构以及活性位点的影响尚不明确。

针对以上科学问题,我校材料科学与工程学院博士生胡程在“资源综合利用与环境能源新材料”创新团队黄洪伟教授与张以河教授指导下,通过熔盐法制备了同时具有光响应和压电性的Bi4NbO8X (X=Cl, Br) 层状钙钛矿单晶纳米片,首次报道了其高效的压电-光催化氧还原活性,并对压电场中光催化材料的能带结构以及活性位点变化进行了深入的研究。取得以下创新性结果:

1. 制备的Bi4NbO8X (X=Cl, Br) 极性单晶纳米片能同时利用太阳能和机械能进行高效的氧还原反应产出活性氧物种,其中•O2H2O2•OH的产率分别为98.779233.2 μmol· g−1 ·h−1

2. 压电势诱导的极化电场和能带弯曲促进了催化剂的体相电荷分离。

3. 此外,光沉积和压电光沉积实验表明,压电势的引入使得原本只出现在{110}晶面上的还原活性位点在{001}晶面也发生富集进而增加了氧还原活性

1:不同激发条件下Bi4NbO8X (X=Cl, Br)活性氧物种的产量

2:(a)光沉积和(b)压电光沉积PtSEM图片;(e)光沉积和(f)压电光沉积AgSEM图片;(c)光沉积PtAg的示意图;(d)压电光沉积PtAg的示意图。(g)压电光催化产活性氧物种机制示意图

上述研究成果发表于材料领域国际权威期刊《Advanced Functional Materials》上:Cheng Hu, Hongwei Huang,* Fang Chen, Yihe Zhang, Hai Yu, and Tianyi Ma*. Coupling Piezocatalysis and Photocatalysis in Bi4NbO8X (X = Cl, Br) Polar Single Crystals. Adv. Funct. Mater., 2020, 30, 1908168. DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.201908168 [IF=15.621] 

附件20200624170218332170.pdf (3.068097MB)