全解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧是能夠解決能源短缺與環(huán)境危機(jī)的理想途徑之一，其難點(diǎn)在于高效、穩(wěn)定、廉價(jià)的催化劑的開(kāi)發(fā)。光催化或電催化是常見(jiàn)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(dòng)能等各種機(jī)械能，利用壓電材料將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為全解水的動(dòng)力是壓電催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，然而目前已報(bào)道的壓電催化全解水產(chǎn)氫產(chǎn)氧效率都極其低，如何提高效率是一大挑戰(zhàn)。
近日，河北科技大學(xué)在全解水方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究結(jié)果以河北科技大學(xué)為第一和通訊單位發(fā)表在化學(xué)學(xué)科頂級(jí)期刊《Angewandte Chemie International Edition》上（德國(guó)應(yīng)用化學(xué)，2018年影響因子12.257，論文在線：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201907695），論文第一作者是該校理學(xué)院青年教師蘇然博士，通訊作者為李發(fā)堂教授。
該團(tuán)隊(duì)合成了尺寸均一的10nm鈦酸鋇納米顆粒，證實(shí)其機(jī)電耦合系數(shù)（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(jī)電耦合系數(shù)可以誘導(dǎo)產(chǎn)生高的壓電電勢(shì)，經(jīng)有限元模擬得出10nm鈦酸鋇的壓電勢(shì)能高達(dá)2.6 V，此值遠(yuǎn)超于水分解成氫氣和氧氣的最低勢(shì)能（1.23 V）。而200nm鈦酸鋇顆粒和鈦酸鋇納米線的壓電勢(shì)能分別為0.5 V和1.2 V。并觀測(cè)發(fā)現(xiàn)其具有多相共存（T+R+O）現(xiàn)象，多相共存降低了極化翻轉(zhuǎn)的自由能進(jìn)而提升了10nm鐵電納米顆粒的壓電性能。在60 kHz超聲振動(dòng)下，10nm鈦酸鋇納米顆粒分解水的產(chǎn)氫量和產(chǎn)氧量分別高達(dá)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(chǎn)氫產(chǎn)氧。
本研究不僅深化了對(duì)納米鐵電材料性能及作用的認(rèn)識(shí)，為構(gòu)建新型鐵電催化劑及電學(xué)器件打下了基礎(chǔ)，也為全解水產(chǎn)氫提供了新的催化劑。文章來(lái)源“釩鈦之窗”