李灿院士AM：铁电单畴光催化剂促进光催化水氧化

铁电材料由于其通过极化诱导的内置电场进行有效的电荷分离，被认为是有前途的光催化剂。然而，由于畴中极化矢量的抵消，多畴结构阻碍了空间电荷的分离和转移。基于此，中科院大连化学物理研究所李灿院士（通讯作者）等人报道了以BiFeO₃（BFO）为原型，制备了具有可见光吸收的单畴BFO纳米片，并通过压电响应力显微镜（PFM）、空间分辨表面光电压光谱（SRSPS）和光沉积实验得到了证明。随便多畴BFO颗粒，单畴BFO纳米片在可见光照射下的光催化水氧化反应中活性提高了九倍。

作者利用光沉积法将水氧化辅助催化剂修饰在BFO纳米片和颗粒表面，其中CoO_x、RuO_x和MnO_x都有助于提高光催化性能。由于RuO_x的高功函数和可见光下的本征铁电极化增强，RuO_x/BFO纳米片表现出最高的O₂析出量（61 μmol m^-2 h^-1），其活性提高了6.2倍，而RuO_x/BFO颗粒的活性仅提高了3.6倍。在优化RuO_x加载量后，BFO纳米片的O₂析出量增加到95.7 μmol m^-2 h^-1。

此外，该纳米片具有好的化学稳定性、更有效的电荷分离。同时，在460 nm处的表观量子效率（1.21%）高于多畴颗粒（0.57%）。结果表明，单畴结构可以有效地分离光生电荷，并通过单向极化电场将其转移到表面，从而显著促进水氧化反应。对于多畴颗粒，由于畴内极化电场的消除，大部分光生电荷不能有效地传输到催化剂表面，从而发生光生电荷的重组，导致光催化活性非常低。

Boosting Photocatalytic Water Oxidation on Photocatalysts with Ferroelectric Single-domain. Adv. Mater., 2023, DOI: 10.1002/adma.202210374.

https://doi.org/10.1002/adma.202210374.