【科技前沿】第19期：半导调控和高场极化协同促进铁电体可见光催化析氢研究新进展

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近日，我校材料科学与工程学院袁昌来研究员、饶光辉研究员在《Journal of Materials Chemistry A》期刊上（我校为第一通讯单位）发表了题为“Visible-light photocatalytic hydrogen production ina narrow-bandgap semiconducting La/Ni-modifiedKNbO₃ferroelectric and further enhancementviahigh-field poling”的学术论文。该论文第一作者为我校2018级硕士研究生唐文彬，通讯作者为袁昌来研究员、饶光辉研究员（我校为第一通讯单位），北京科技大学陈俊教授和上海交通大学郭益平教授为论文共同通讯作者。《Journal of Materials Chemistry A》是英国皇家化学学会创办的材料领域顶级期刊，中科院基础版工程技术分区1区和JCR材料科学分区1区TOP期刊，2021年影响因子为12.73（2021年发表论文2313篇）。

与传统具有优异紫外光催化性能的宽禁带氧化物铁电体相比，窄带隙铁电半导体材料在可见光光催化领域具有广阔的应用前景。但是，由于大多数铁电半导体材料存在明显的漏电流和铁电性减弱，通过外高压电场极化来建立去极化电场进一步提高光催化活性存在瓶颈。因此，平衡此类材料的半导特性和铁电性具有挑战性。袁昌来研究员所在课题组采用协同设计的策略，通过Ba/Ni/Bi共掺杂制备了一系列具有窄带隙和高场极化能力的KNbO₃基铁电半导体光催化材料。先期采用高场极化诱导的去极化电场(E_dp)有效增强了样品的可见光催化析氢能力(ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 7, 8916–8930)；课题组进一步优化离子改性元素种类，采用La/Ni共掺杂得到一种新型可见光驱动的KNbO₃基铁电半导体光催化剂，即KNbO₃-LaNiO_3-δ；同时兼具完美低场铁电性与低带隙的特性使得其在室温高场极化后，可见光下的析氢速率可以提高到642.0 μmol/g·h，为目前已知氧化物铁电半导体的最高可见光析氢速率。在改进的KN基铁电半导体光催化材料中观察到的显著增强的析氢速率与极窄带隙(1.45-1.24 eV)和高场极化提高载流子分离效率有关。本工作为设计具有良好可见光活性的铁电基氧化物光催化剂提供了一个可行的解决方案，并为深入研究半导体铁电体的极化机理提供了思路。

该工作得到了广西自然科学基金和广西八桂学者平台支持。

论文链接https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2022/ta/d1ta10330j