前沿 | 河北科技大學成功製備出高機電耦合係數的10nm鈦酸鋇納米顆粒!

2021-02-20 粉體技術網

全解水產氫產氧是能夠解決能源短缺與環境危機的理想途徑之一，其難點在於高效、穩定、廉價的催化劑的開發。光催化或電催化是常見的全解水方法，但其析氧效率低影響了全解水的效能，而自然界中存在著潮汐能、振動能等各種機械能，利用壓電材料將機械能轉化為全解水的動力是壓電催化領域的研究熱點，然而目前已報導的壓電催化全解水產氫產氧效率都極其低，如何提高效率是一大挑戰。

近日，河北科技大學在全解水方面取得重要進展，相關研究結果以河北科技大學為第一和通訊單位發表在化學學科頂級期刊《Angewandte Chemie International Edition》上（德國應用化學，2018年影響因子12.257，論文在線網址：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201907695），論文第一作者是我校理學院青年教師蘇然博士，通訊作者為李發堂教授。

該團隊合成了尺寸均一的10nm鈦酸鋇納米顆粒，證實其機電耦合係數（d33）比200nm的鈦酸鋇顆粒和鈦酸鋇納米線的要高出近5倍，高的機電耦合係數可以誘導產生高的壓電電勢，經有限元模擬得出10nm鈦酸鋇的壓電勢能高達2.6 V，此值遠超於水分解成氫氣和氧氣的最低勢能（1.23 V）。而200nm鈦酸鋇顆粒和鈦酸鋇納米線的壓電勢能分別為0.5 V和1.2 V。並觀測發現其具有多相共存（T+R+O）現象，多相共存降低了極化翻轉的自由能進而提升了10nm鐵電納米顆粒的壓電性能。在60 kHz超聲振動下，10nm鈦酸鋇納米顆粒分解水的產氫量和產氧量分別高達655 μmolg-1h-1 and 316 μmolg-1h-1，而200nm鈦酸鋇顆粒和鈦酸鋇納米線則幾乎不能夠分解水產氫產氧。

本研究不僅深化了對納米鐵電材料性能及作用的認識，為構建新型鐵電催化劑及電學器件打下了基礎，也為全解水產氫提供了新的催化劑。

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