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JACS：铁电极化调控BaTiO3纳米晶的光电水氧化和光催化析氢活性

时间：2023-08-26 来源：浏览：

JACS：铁电极化调控BaTiO3纳米晶的光电水氧化和光催化析氢活性

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BaTiO ₃ 等铁电 (FE) 半导体在施加电场后支持残余极化，从而促进光生电荷载流子的分离。

在这里， 加州大学戴维斯分校 Frank E. Osterloh 首次展示了钛酸钡纳米晶体的有限元增强光催化析氢和光电化学水氧化。

本文要点

要点1. 研究人员通过水热合成二氧化钛和氢氧化钡获得了铁电四方结构类型的纳米晶体，产率为 63% 。

要点2. 钽基板上的 BaTiO ₃ 纳米晶体薄膜在紫外光 (60 mW cm ⁻² ) 照射下在 1.23 V RHE 下表现出 0.141 mA cm ⁻² 的水氧化光电流。垂直于薄膜平面的 52.8 kV cm ⁻¹ 电极化会使光电流增加 2 倍或减少 3.5 倍，具体取决于场极性。它还将起始电位移动 -0.15 或 +0.09 V ，并修改表面光电压信号。最后，暴露在电场下使 Pt/BaTiO ₃ 的 H ₂ 析出速率提高约 1.5 倍，并且提高了银在纳米晶体 (001) 面上光沉积的选择性。

要点3. 通过将样品加热到 BaTiO ₃ 的居里温度以上，可以消除所有 FE 增强。这些发现可以通过有限元偶极子引起的材料空间电荷层电势降的变化来解释。因此，利用铁电效应增强析氢和水氧化的能力对于开发用于燃料转换系统的改进太阳能具有潜在意义。

Samutr Assavachin, et al, Ferroelectric Polarization in BaTiO3 Nanocrystals Controls Photoelectrochemical Water Oxidation and Photocatalytic Hydrogen Evolution, J. Am. Chem. Soc, 2023

DOI: 10.1021/jacs.3c03762

https://doi.org/10.1021/jacs.3c03762

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