光催化技術(shù)因其可利用取之不盡的太陽(yáng)能，分解水制備清潔高能量密度的可再能源氫氣，緩解能源危機(jī)而受到了廣泛關(guān)注。然而，較低的量子效率效率限制了光催化技術(shù)的應(yīng)用，其主要源于較低的太陽(yáng)光利用率及載流子分離效率。那么，如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高太陽(yáng)光利用率和載流子分離效率以顯著改善光催化分解水制氫性能呢？據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，南京工業(yè)大學(xué)陸春華教授、寇佳慧教授和東南大學(xué)趙遠(yuǎn)錦教授組成的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，通過有效構(gòu)筑熱釋電-光熱-光催化復(fù)合微米纖維，首次將紅外光響應(yīng)熱釋電內(nèi)建電場(chǎng)引入到光催化反應(yīng)中，并顯著提高光催化性能。這一成果近期發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上，第一作者為南京工業(yè)大學(xué)博士研究生代寶瑩。

紅外光約占據(jù)太陽(yáng)光光譜的50%，由于其光子能量較低無(wú)法直接激發(fā)光催化反應(yīng)而未受重視，而光熱技術(shù)可以將紅外光轉(zhuǎn)化為熱能，且轉(zhuǎn)化率高達(dá)85%。鐵電材料可依賴溫度變化在其表面形成正和負(fù)的熱釋電電場(chǎng)，電場(chǎng)可以作為驅(qū)動(dòng)力有效調(diào)控載流子的遷移行為。那么，如果將光熱材料和熱釋電材料與光催化劑進(jìn)行復(fù)合，構(gòu)筑熱釋電-光熱-光催化復(fù)合體系，紅外光將會(huì)得到有效利用并產(chǎn)生熱釋電內(nèi)建電場(chǎng)促進(jìn)光催化分解水產(chǎn)氫性能的提高。基于此，該研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)并構(gòu)筑了熱釋電-光熱-光催化復(fù)合微米纖維PVDF-HFP/CNT/CdS，實(shí)現(xiàn)了紅外光響應(yīng)熱釋電電場(chǎng)的構(gòu)筑并顯著提高光催化分解水制氫效率達(dá)5倍以上，對(duì)應(yīng)的平均表觀量子效率約為16.9%。研究團(tuán)隊(duì)探討了熱釋電基底、光熱材料含量等與熱釋電電勢(shì)輸出及光催化性能的關(guān)聯(lián)，并對(duì)復(fù)合螺旋纖維的光催化穩(wěn)定性進(jìn)行了探索。

通過熱釋電輸出測(cè)試、變溫電化學(xué)測(cè)試及變溫?zé)晒獗碚鳎峁┝藷後岆婋妶?chǎng)通過有效促進(jìn)載流子分離、加快載流子遷移速度及延長(zhǎng)載流子壽命的方式增強(qiáng)光催化性能的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)。研究表明構(gòu)筑的熱釋電內(nèi)建電場(chǎng)對(duì)光生載流子的作用時(shí)效，隨著溫度變化率的增大而增大。本研究工作通過有效利用紅外光構(gòu)筑熱釋電電場(chǎng)，提供了一個(gè)提升光催化性能的新策略，推動(dòng)光催化技術(shù)在解決能源危機(jī)及環(huán)境污染等領(lǐng)域的應(yīng)用。