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作者：周偉 來源：中國化工報 2019年02月13日
收藏 「自然界中，藤蔓植物可以通過自身螺旋結構的伸縮變形，來抵禦風吹而不受損傷。受此啟發，我們設計了壓電-光催化複合螺旋結構。這種螺旋結構像彈簧一樣，只是彈簧換成了壓電材料和催化劑的複合材料，從而實現了內建電場的自修復，並可持續提升材料的光催化性能。」南京工業大學代寶瑩博士介紹說。
南京工業大學陸春華教授、寇佳慧副教授團隊同東南大學趙遠錦教授團隊合作完成的這一研究成果，日前發表在《先進功能材料》期刊上。
如今，環境汙染和能源危機的加劇使光催化材料技術備受矚目，目前光催化技術大規模應用存在的主要問題在於其較低的光催化效率，其中光生載流子分離效率是決定光催化劑活性的關鍵因素之一。
為了提升光催化劑活性，研究者開發了很多的改性方法，其中構築內建電場被視為提高光催化活性最有效的方法。然而，靜態的內建電場很容易被內部和外部電荷所屏蔽，削弱其對光催化性能的增強作用。
「自然界中生物具有的自愈系統可以幫助其抵禦外界的損傷或攻擊，如果賦予光催化劑內建電場較強的自修復能力，那麼光催化劑的活性及耐久性將得到顯著提高。」代寶瑩博士介紹說，藤蔓植物可通過自身螺旋結構的伸縮變形抵禦風吹而不受損傷，那麼如果將壓電材料設計為螺旋結構，將有利於其在風、水流等自然流體介質作用下發生變形產生壓電勢，從而提供能量，驅動自修復內建電場，自修復內建電場則可以有效避免內部和外部電荷的屏蔽。
「上面說到的光生載流子分離效率，是指光生電子-空穴對分離的百分比。舉個例子，比如光激發後產生100個電子-空穴對，有30個得到了有效分離並參與光催化反應，其他的都複合或以其他形式把能量釋放掉了，載流子的分離效率就是30%。」代寶瑩說，「我們的工作就是在催化劑複合體系裡面引入壓電勢，驅動電子和空穴的有效分離。」
基於此，南京工業大學陸春華教授、寇佳慧副教授團隊同東南大學趙遠錦教授團隊合作，設計並構築壓電-光催化複合螺旋結構，實現了內建電場的自修復，並持持續提升其光催化性能。
該研究成果未來可以用於降解水體裡的有機汙染物，如染料所致的汙染;也可以用來降解家居裝修過程中產生的有機有害氣體，如甲醛等。另外，該成果也可以用來分解水產生氫氣，作為氫能的來源。