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　　太阳能光催化分解水制氢是获取绿氢极具潜力的技术，其走向应用的关键是发展高效稳定的半导体光催化材料。铁电光催化材料(例如PbTiO3、BiFeO3、Na0.5Bi0.5TiO3和Bi3TiNbO9)由于具有能够促进光生载流子分离的内建电场而广受关注。其中，Bi3TiNbO9是一种奥里维里斯(Aurivillius)型层状铁电光催化材料，具有沿a轴方向的退极化场，该内建电场源自(Bi2O2)2+层中的铋原子和(BiTiNbO7)2-中的氧原子发生偶极相互作用而产生晶格畸变。在退极化场驱动和层间扩散约束下，电子倾向于富集在{001}面，而空穴富集在{110}面，从而实现了光生电荷和反应位点的空间分离。然而，Bi3TiNbO9中产生的光生电子沿层间(c轴)传输的能垒较大，光生电荷分离不足，限制了该材料的光催化全分解水活性。
 

　　中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心刘岗团队前期围绕PbTiO3铁电材料研究了铁电特性在光催化分解水中的作用，同时对层状铁电材料展开了深入探究，发现将Bi3TiNbO9片状颗粒的表面终端层从(Bi2O2)2+层调变为(BiTiNbO7)2-层能够实现稳定地光催化全分解水。在此基础上，该团队与合作者近期提出了利用梯度W掺杂在Bi3TiNbO9片状颗粒的c轴方向引入额外的内建电场助力光催化全分解水。
 

　　该研究在Bi3TiNbO9片状颗粒中进行梯度的W掺杂，引入额外的内建电场，用于克服光生电子在(Bi2O2)2+层和(BiTiNbO7)2-层之间的势垒，将光生电子激发到基面{001}晶面，从而打破层状Bi3TiNbO9光催化材料全分解水的瓶颈。
 

　　相关研究成果以Gradient tungsten-doped Bi3TiNbO9 ferroelectric photocatalysts with additional built-in electric field for efficient overall water splitting为题发表于《自然-通讯》(Nature Communications)。
 

　　来源： 金属研究所