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利用壓電催化減輕水污染和生產清潔能源能夠有效緩解環境和能源問題。近年來，許多鐵電材料已被開發成為有效的壓電催化劑，如BaTiO₃(BT)、BiFeO₃、Na_0.5K_0.5NbO₃和PbTiO₃。然而，到目前為止，壓催化的反應速率仍未達到理想水平，這嚴重限制了其實際應用。

基于此，北京科技大學白洋課題組提出了一種基于異價離子(Li⁺和La³⁺)摻雜的策略，通過協同壓電光電子效應和能帶結構調制來顯著提高BaTiO₃催化活性。

在0.01 Li摻雜BaTiO₃和0.02 La摻雜BaTiO₃納米片中，由于光吸收增強，在超聲和光同時輻照下，析氫速率分別高達3704 μmol g^-1h^-1和3178 μmol g^-1h^-1，分別是純BaTiO₃的4.6倍和3.9倍。

此外，通過選擇施主或受主摻雜和控制能帶結構可以顯著增強催化劑對特定污染物的作用。與純BaTiO₃相比，0.01 Li摻雜的BaTiO₃對甲基藍和孔雀石綠等陰離子染料的催化活性較高，降解速率分別達到0.067 min^-1和1.379 min^-1，而0.02 La摻雜的BaTiO₃對羅丹明B和甲基橙等陽離子染料的催化性能較好，降解速率分別達到0.274 min^-1和0.029 min^-1。

異價離子的摻雜不僅降低了催化劑的禁帶寬度，擴大了光吸收范圍，而且通過引入缺陷，大大抑制了光生載流子的復合。此外，光和超聲同時作用在催化劑中產生光生電荷和壓電極化場，壓電場可以有效地促進光生電子和空穴的分離和遷移。在BaTiO₃晶格中摻雜雜價離子Li⁺和La³⁺有效地改變了BaTiO₃晶格的能帶結構，導致電子和空穴的不同還原和氧化傾向。

對于Li-BT，CB位置比純BT位置更為負，因此它在正極化表面產生活性自由基的能力更強，從而表現出對吸附在正極化表面的陰離子染料具有更好的催化性能。類似地，VB在La-BT中的位置與BT相比更正，使其在負極化表面上產生反應性自由基的能力更強，因此對吸附在負極化表面上的陽離子染料顯示出更好的催化性能。

Selective Enhancement of Photo-Piezocatalytic Performance in BaTiO₃ Via heterovalent Ion Doping. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202209365

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北科大白洋AFM：異價離子摻雜，選擇性增強BaTiO3光催化性能

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