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由于單向電荷分離和高于間隙的光電壓，鐵電體被認為是太陽能燃料生產的優秀光催化候選材料。盡管有明確的理論基礎，但在鐵電體中使用光生電荷進行高效太陽能轉換仍然是一項長期挑戰。因此，在鐵電基半導體中設計良好的微/納米結構在太陽能轉換中具有重要意義。

近日，中科院大連化物所范峰滔課題組提出了一種在金屬/鐵電界面處制造納米電荷收集結構的方法，以在Au陣列修飾的BaTiO₃單晶上實現整體水分解。

研究人員在鐵電半導體襯底的表面上制造具有適當密度的六邊形陣列的金顆粒；單個金粒子是增強的電荷收集和利用點，助催化劑可以在光照下選擇性地沉積在金顆粒上。在熱化長度內集中的光生電荷可以促進光催化活性，相反，光催化還原和氧化反應可以分別在正極和負極鐵電疇上進行空間分離。因此，在光催化水分解的情況下，析氫反應和析氧反應可以同時發生。

由于高能光生電荷，制備的Au陣列/BTO光催化劑顯示出優異的光催化整體水分解性能。光催化反應表明，Au/BTO表現出比純BTO更高的活性；盡管鈣鈦礦BTO顯示出熱力學合適的能帶和大量電荷分離來分解水，但通過BTO進行的整體水分解效果仍不盡人意，這再次強調了在熱化長度內利用鐵電體中的光生電荷的重要性。

Bipolar Charge Collecting Structure Enables Overall Water Splitting on Ferroelectric Photocatalysts. Nature Communications, 2022. DOI: 10.1038/s41467-022-32002-y

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范峰滔Nature子刊：雙極電荷收集結構助力鐵電光催化劑實現整體水分解

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