Laddningsseparation vid meta/ferroelektriskt gränssnitt. ett schematiskt diagram av föreslagen metall/ferroelektrisk fotokatalysator. b AFM-topografi av Au-partiklar på en BaTiO3 enkristall. Skalstång, 200 nm. c LWF för Au/BTO i mörker. Skalstång, 200 nm. d LWF för Au/BTO under 355 nm UV-ljus (0,5 mW/cm 2 ). Skalstång, 200 nm. e Linje 1 (mörk) och 2 (UV-ljus) profilbilder togs över två antiparallella ferroelektriska domäner av BTO. f Linje 3 (mörk) och 4 (UV-ljus) profilbilder togs över två antiparallella ferroelektriska domäner av Au/BTO. Kredit:Nature Communications (2022). DOI:10.1038/s41467-022-32002-y
Ferroelektrik är fotokatalytiska kandidater för produktion av solbränsle. Prestanda hos ferroelektriska fotokatalysatorer är emellertid ofta måttlig och kan inte uppnå total vattenspjälkning.
Nyligen har ett forskarlag under ledning av Prof. Li Can och Prof. Fan Fengtao från Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) föreslagit en ny laddningssepareringsstrategi för att tillverka gränssnittsladdningssamlande nanostrukturer på positiva och negativa domäner av ferroelektrisk, vilket möjliggör vattendelning i ferroelektriska fotokatalysatorer.
Denna studie publicerades i Nature Communications den 22 juli.
Forskarna valde det ferroelektriska BaTiO3 singeldomänkristall och Au nanopartikel som ett modellsystem för att lyfta fram laddningsseparationsmekanismen vid Au/BaTiO3 gränssnitt. De observerade att fotogenererade elektroner och hål ackumulerades effektivt inom deras termaliseringslängd (cirka 50 nm) runt Au-nanopartiklar som finns i de positiva och negativa domänerna av en BaTiO3 enkristall, respektive.
De fann att den uppmätta termaliseringslängden var ett viktigt experimentellt recept för att tillverka högeffektiva fotokatalytiska och fotovoltaiska enheter på nanoskala. Med denna strukturdesign kunde konstruerade ferroelektriska fotokatalysatorer utföra fotokatalytisk total vattenklyvning.
"Tillverkningen av bipolära laddningsuppsamlande strukturer på ferroelektrik för att uppnå total vattendelning kan sätta ett paradigm för att utnyttja de energiska fotogenererade laddningarna vid solenergiomvandling", säger Prof. Fan. + Utforska vidare
