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铁电极化促进体相电荷分离实现SrBi4Ti4O15高效CO2光还原

DOI：10.1016/j.nanoen.2018.12.016 期刊：Nano Energy 出版年份：2018 更新时间：2025-09-09 09:28:46
摘要： 体相中光生电荷载流子的快速复合仍是当前光催化面临的主要障碍。鉴于铁电极化能诱导各向异性电荷分离，直接开发铁电材料作为光活性半导体催化剂颇具前景。本研究报道了铁电层状钙钛矿SrBi4Ti4O15作为高效CO2还原的稳健光催化剂。在无助催化剂和牺牲剂的条件下，经退火处理后具有最强铁电性的SrBi4Ti4O15纳米片在气固反应体系中展现出显著的CH4演化光催化CO2还原活性（速率达19.8 μmol·h-1·g-1），在365 nm处表观量子产率（AQY）为1.33%，优于大多数已报道的光催化剂。铁电滞回线、压电力显微镜（PFM）和纳秒级时间分辨荧光光谱揭示，SrBi4Ti4O15卓越的CO2光还原活性主要源于沿[100]方向的强铁电自发极化，该极化促使电荷沿相反方向实现高效体相分离。DFT计算还表明电子和空穴在a轴方向均呈现最小有效质量，证实铁电极化促进了载流子的高迁移率。这项研究表明，传统上作为铁电/压电陶瓷研究的半导体铁电材料，如今或可有力应用于光催化领域以应对日益严峻的能源?；?
作者： Shuchen Tu，Yihe Zhang，Ali H Reshak，Sushil Auluck，Liqun Ye，Xiaopeng Han，Tianyi Ma，Hongwei Huang
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究铁电材料SrBi4Ti4O15作为高效CO2还原光催化剂的潜力，重点探究铁电极化在增强电荷分离与光催化活性中的作用。

研究成果

研究表明，铁电性SrBi4Ti4O15纳米片展现出卓越的光催化CO2还原活性，这归因于强铁电自发极化作用促进了高效的体相电荷分离。该工作凸显了铁电半导体在能量转换光催化应用中的潜力。

研究不足

该研究聚焦于SrBi4Ti4O15在特定条件（气固反应体系、无助催化剂与牺牲剂）下的光催化性能，探讨了退火温度对铁电性能和光催化活性的影响，但未考虑湿度或压力等其他因素。

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