ChemCatChem：原位压电沉积金属助催化剂促进压电催化水分解中活性氧和氢的生成

水介质中的压电催化在化学合成、污染物降解、水分解、杀菌和肿瘤消除等应用中显示出巨大的潜力。然而，目前的压电催化剂的催化效率仍然达不到实际应用的期望，主要原因是：一方面，压电诱导产生的电子和空穴容易在铁电畴间消耗，导致可用于氧化还原反应的电荷大幅减少；另一方面，压电催化剂（例如钙钛矿氧化物）表面功函数较低，其界面不利于氧化还原反应的发生。基于此，促进压电诱导产生的电荷高效分离和构建活性催化界面来提高压电催化效率是研究者们需要探寻的问题。已有研究表明，在压电材料衬底上负载高功函数贵金属纳米粒子是促进电荷分离和增强压电催化性能的有效方法。然而，不同贵金属在金属-压电纳米异质结构界面处的压电驱动电催化反应类型和其特定催化反应效率却鲜有报道。

近日，山东大学李建华教授团队选择经典的钛酸钡BaTiO₃（BTO）纳米压电晶体作为研究模型，利用BTO纳米晶体在施加机械力作用下产生的压电电荷原位还原Au、Pt 和Pd 等金属离子，合成了BTO@M（M = Pt，Pd和Au）压电异质结构。研究结果表明，沉积的贵金属助催化剂通过金属-压电界面显著促进了压电产生电荷的分离和迁移，显着提高了压电催化性能。研究还发现在超声波振动刺激下，在溶解氧条件下，BTO@Au通过双电子氧还原途径表现出最高的活性氧基团ROS产率；而在无氧条件下，BTO@Pt的压电催化产氢效率可达到15.34 μmol h^-1 g^-1 W^-1，大大提高了钙钛矿氧化物基压电材料的析氢率。此项研究中提出的原位沉积金属-压电异质纳米结构突出了贵金属作为助催化剂在压电驱动的氧还原和析氢反应中的关键作用，这可以进一步推动压电催化在清洁能源、水消毒和生物医学领域的发展。

论文信息

Piezodeposition of Metal Cocatalysts for Promoted Piezocatalytic Generation of Reactive Oxygen Species and Hydrogen in Water

W. Xu, K. Li, L. Shen, X. Liu, Y. Chen, J. Feng, W. Zhao, L. Zhao, W. Zhou, W. Wang, and J. Li

ChemCatChem

DOI: 10.1002/cctc.202200312