苏科大胡俊蝶/李长明团队Nano Energy观点：超声辅助压电光催化：促进水裂解析氢的有效策略

超声辅助压电光催化:促进水裂解析氢的有效策略

第一作者：Fengyi Yang, Piyan Wang, Jiehui Hao

通讯作者：李长明*，胡俊蝶*

单位：苏州科技大学

氢(H₂)作为一种可持续的清洁能源，在减少碳排放方面具有重要意义，受到了全球的关注。光催化水分解为H₂的演化提供了一种绿色、节能、经济的方法。然而，其效率受到光生载流子分离缓慢和重组迅速的严重阻碍。在这方面，超声辅助压电光催化显示出良好的优势和前景。本文综述了超声辅助压电材料的最新研究进展，重点介绍了超声辅助压电催化策略的发展前景、面临的挑战和潜在的应用领域，以供参考。

近日，来自苏州科技大学的胡俊蝶/李长明团队，在国际知名期刊Nano Energy上发表题为“Ultrasound-assisted piezoelectric photocatalysis: An effective strategy for enhancing hydrogen evolution from water splitting”的综述文章。该综述文章分析了超声辅助压电材料的最新研究进展，重点介绍了超声辅助压电催化策略的发展前景、面临的挑战和潜在的应用领域。

压电光催化是指利用压电效应和光催化反应相结合，实现高效光催化反应的一种新型光催化技术。与传统光催化材料相比，具有压电效应的压电光催化剂可以有效改变反应体系的物理化学状态和反应机理，实现高效的光催化水裂解制氢。因此，本文详细总结了超声辅助压电光催化的优点，包括空化效应、建立内置电场、重新激活电场、能带弯曲等。在压电光催化过程中，施加压力或电场可以改变表面晶体的变形和电荷分布，从而影响光吸收和光散射行为。同时，在光照下，晶体表面的光催化活性位点有利于化学反应，从而提高反应速率，提高反应选择性。因此，压电光催化是一种高效的催化技术。

压电型光催化材料在超声的辅助下产生内部电场，促进光生载流子的分离，从而显著提高光催化性能。例如，ABO₃结构钙钛矿材料是压电催化剂的重要组成部分。另一类ABX₃钙钛矿(X^-=Cl^-， Br^-和I^-)催化剂具有吸引人的光电性能，包括可调的直接带隙、宽带吸收和高双极迁移率，常被用作压电光催化的催化剂。压电光催化剂的精确设计和合成是提高光催化效率的重要保证。本文中概述了压电光催化材料的分类和合成，包括金属酸盐、金属氧化物、金属硫化物和有机聚合物。

光催化是利用太阳能并将其转化为化学能的一种很有前途的方法。然而，光催化剂的效率经常受到一些挑战的阻碍。这些问题包括材料对光的吸收不足，e^-和h⁺的显著重组，电荷转移缓慢等。利用超声辅助压电光催化是一种有效的方法，可以显著提高催化剂的性能。在超声波的作用下，催化剂产生的内部电场有利于e^-和h⁺的有效分离，使电荷更快地转移到表面并积极参与反应。为了提高压电光催化材料的性能，可以有很多种方法，包括极化场的构建和静电场的构建。电场的构建是诱导高效电荷分离和优化光催化性能的关键。

构建超声辅助压电光催化是提高载体利用率的通用途径，可应用于其他催化反应，如去除空气污染物(氮氧化物、挥发性有机物等)、CO₂还原、固氮、硝酸盐还原、过氧化氢生产等，是稀缺的，迫切需要探索。此外，压电催化策略还可以进一步应用于其他领域，如肿瘤的光诊断和治疗、传感器、太阳能电池、燃料电池、制药等。作为一种重要的清洁和可持续能源，利用半导体催化剂制备光催化H₂是一种很有前景的方法，作为一种重要的清洁和可持续能源，利用半导体催化剂制备光催化H₂是一种很有前景的方法。

超声辅助压电光催化目前还处于研究的初级阶段，要实现实际应用还有很长的路要走。目前，相关应用的重点主要集中在废水中有机污染物的降解上，而通过水裂解析氢的情况也有所出现。然而，构建超声辅助压电光催化是提高载体利用率的通用途径，可应用于其他催化反应，如去除空气污染物(氮氧化物、挥发性有机物等)、CO₂还原、固氮、硝酸盐还原、过氧化氢生产等，是稀缺的，迫切需要探索。此外，压电催化策略还可以进一步应用于其他领域，如肿瘤的光诊断和治疗、传感器、太阳能电池、燃料电池、制药等。

Ultrasound-assisted piezoelectric photocatalysis: An effective strategy for enhancing hydrogen evolution from water splitting

胡俊蝶简介：苏州科技大学材料科学与工程学院副教授，2019年博士毕业于苏州大学材料与化学化工学部。研究兴趣为新型纳米复合材料在新能源及环境修复领域的应用，包括光催化技术在分解水制H₂/O₂、CO₂还原、H₂O₂原位制备、废气/废水治理等方向的研究。迄今以第一/通讯作者在Angew. Chem. Int. Ed., Appl. Catal. B: Environ., Nano energy, Chem. Eng. J., Small, J. Mater. Chem. A, Carbon, ACS Appl. Mater. Interfaces等期刊上发表高质量SCI论文30余篇，其中ESI高被引论文4篇；主持/完成省部级以上科研项目6项；申请/授权国家发明专利近20件。

李长明简介：欧洲科学院院士、俄罗斯工程院外籍院士、美国医学与生物工程院院士，现苏州科技大学材料科学与工程学院院长。主要研究兴趣包括功能材料（能源、生物）、清洁能源（锂电池，燃料电池，氢能源，超级电容器，太阳能电池等）、生物传感与芯片。已发表700多篇 SCI 顶尖论文，国际/国内专利280多项，国际/国内学术大会主题或邀请报告200多次，SCI总引用37,000多次，H因子95。2014年来连续荣获汤森路透全球材料科学精英，科睿唯安全球交叉学科和爱思唯尔全球材料高被引科学家。

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