AFM: 压电催化和压电光催化：催化剂的分类和改性策略，反应机理及实际应用

雨辰

2020-09-13

基于压电的催化技术依赖于电荷能量或载流子的分离效率，已引起广泛关注。由应变或应力引起的压电电位可以产生巨大的电场，这已被证明是电荷能量转移或电子和空穴转移的有效手段。近年来，人们在这方面进行了大量的研究，主要集中在以下两个方面: i）在压电催化中通过压电势改变表面电荷能； ii）光生载流子的分离和集成压电半导体或由压电和半导体组成的耦合系统的催化活性增强。

有鉴于此，中国地质大学黄洪伟教授、张以河教授和纽卡斯尔大学Tianyi Ma等人，综述了有关压电催化和压电光催化的最新进展。

本文要点

1）系统分析了多种压电催化剂和压电光催化剂上的电荷转移行为和催化机理。此外，还讨论了机械能的类型，增强压电催化的策略以及压电催化和压电光催化的应用。最后，展望了压电催化和压电光催化在材料、组装形式和应用等方面的发展前景。

2）压电催化和压电光催化由于具有催化效率高、操作简单等显著优点而得到迅速发展。然而，在目前的工作中还存在一些未解决的问题: 在材料方面，由于压电催化剂和压电光催化剂位于绝缘体或半导体中，因此需要确定单一处理是否会对压电催化效率产生多重影响。例如掺杂会改变压电常数，同时也会导致带结构的改变。两个或两个以上因素对压电催化剂或压电光催化剂的催化活性产生的协同或相互矛盾的影响尚未被认识。此外，目前开发的压电催化剂和压电光催化剂离实际应用还很遥远，机械能收集效率低，回收性差，极大地限制了其进一步的应用。在机理层面上，半导体性质与压电效应之间的关系并不清楚，例如，在压电催化剂或集成的压电催化剂中，自由载流子浓度与氧化还原热力学之间的关系。压电势对耦合半导体光催化剂的影响还不完全清楚。

3）（1）应当提高压电催化剂或压电光催化剂对机械力的敏感性，以获得更多的能量。（2）为了揭示其深入的机理，需要在光和应力同时照射下对压电催化剂或压电光催化剂的电子结构，电荷转移动力学和催化反应动力学进行理论计算。（3）目前，压电催化剂或压电光催化剂的应用主要限于污染物的降解和水的分解。迫切需要在固氮，二氧化碳还原，选择性有机合成，药物治疗等方面找到更多的应用。

总之，该工作有助于加深对相关问题的理解和开发基于压电的催化的新思路。

参考文献：

Shuchen Tu et al. Piezocatalysis and Piezo‐Photocatalysis: Catalysts Classification and Modification Strategy, Reaction Mechanism, and Practical Application. Advanced Functional Materials, 2020

DOI: 10.1002/adfm.202005158

https://doi.org/10.1002/adfm.202005158