孟敏佳/闫研/许瑞波Nano Energy: 流体诱导压电场增强gC3N4/LiNbO3/PVDF膜上的光催化析氢反应

直接利用太阳能生产H₂，并形成规模化、工业化和模块化的系统对于光催化HER的发展和应用至关重要。光催化析氢反应(HER)膜是完成这一任务的最具竞争力的候选膜之一，虽然其有利于工业应用和方便回收，但与粉末状纳米颗粒对应物相比，光催化HER膜的反应效率相对较低。

基于此，苏州大学孟敏佳和闫研、江苏海洋大学许瑞波等基于压电材料的特性，通过冷冻相转化策略制备了一种三维(3D)多孔gC₃N₄/LiNbO₃/PVDF膜，该膜具有增强的流体诱导压电场，可用于光催化析氢反应(HER)。

独特的3D多孔膜结构和流体诱导的压电电位协同提高了白光照射下的HER效率。此外，由于gC₃N₄颗粒的亲水性，在PVDF基质中添加亲水性gC₃N₄和gC₃N₄/LiNbO₃异质结有利于水通过具有高持水能力的膜通道传输。

所制备的gC₃N₄/LiNbO₃/PVDF压电光催化膜(尺寸为19.6875 cm 2)的产氢速率为136.02 µmol h^-1，甚至高于具有相同质量的gC₃N₄/LiNbO₃催化剂颗粒(111.8 µmol h^-1)。

光谱表征和电化学测试表明，多孔gC₃N₄/LiNbO₃/PVDF压电膜通过机械扰动产生压电势，更多的光生电子和空穴向界面的反方向迁移，参与光催化析氢反应，促进光生电子-空穴的分离，有效增强HER活性。该项工作为制备具有压电效应的高性能光催化HER膜提供了策略，并且证明了3D多孔压电敏感基板在膜光催化系统中的巨大应用前景。

Fluid-Induced Piezoelectric Field Enhancing Photocatalytic Hydrogen Evolution Reaction on g-C₃N₄/LiNbO₃/PVDF Membrane. Nano Energy, 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107429