马天翼/马亚丽/孙晓东Nano Energy：BMO-BTO异质结中内建电场起大作用，显著促进压电催化产H2

通过利用环境机械能进行压电催化H₂生产具有显著降低催化费用的潜力。当压电催化材料受到外力作用时，其固有的极化特性导致内建电场(BIEF)产生。在BIEF的影响下，载流子在材料内部分离，并最终积累在不同的表面位置，用于驱动产氢反应。值得注意的是，压电效应只能发生在非中心对称晶体中。

其中，由于铋基氧化物的容忍因子较低，导致阳离子间晶格失配，使其在室温下具有显著的自发极化和较高的压电系数。因此，这些材料已经出现作为一个非常理想的压电催化氢气生产催化剂。然而，压电载流子的高复合率阻碍了铋基压电催化材料的大规模应用。因此，探索提高铋基压电催化材料制氢性能的合适策略对于压电催化氢气生产的实际应用具有重要意义。

近日，澳大利亚皇家墨尔本理工大学马天翼、沈阳化工大学马亚丽和辽宁大学孙晓东等采用溶剂热法制备了Bi₂MoO₆-BaTiO₃(BMO-BTO) Ⅰ型异质结压电催化剂，并将其应用于无助催化剂的压电催化制氢反应中。

实验结果表明，在超声振动下，最优的BMO-0.1 BTO异质结的产H₂速率可达152.57 μmol g⁻¹ h⁻¹，分别是纯BMO (16.36 μmol g⁻¹ h⁻¹)和BTO (34.16 μmol g⁻¹ h⁻¹)的9.33倍和4.47倍。压电催化制氢性能的提高可归功于异质结中内置电场(BIEF)极大地抑制了压电载流体的复合速率，而不是压电效应的增加。此外，研究人员还将BMO与其他常用的压电催化剂结合构成异质结，获得了类似的优异的压电催化制氢性能。

结合对带隙结构的全面研究和各种电化学性能测试，研究人员提出了一个合理的Ⅰ型转移机制来解释BMO-BTO异质结中增强的压电催化制氢性能。BMO和BTO都是具有电荷极性的介电材料，因此它们在受到外力时会产生压电效应。在压电催化过程中，超声振动可以在BTO内部产生固有的压电场，促进载流子沿相反方向运动。

然而，由于BTO的CB和BMO的VB之间的能级差，BTO的CB中的激发电子倾向于向能级较低的BMO的CB移动，而BTO的VB中的空穴倾向于向BMO的VB移动，最终大量的电子和空穴分别聚集在BMO的CB和VB中。在水环境中，H⁺可以被电子还原生成H₂；牺牲剂与空穴反应，提高了压电载体的分离效率，进而提高压电催化氢气生产性能。

Interfacial engineering of Bi₂MoO₆-BaTiO₃ Type-I heterojunction promotes cocatalyst-free piezocatalytic H₂ production. Nano Energy, 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109206

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