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利用壓電催化減輕水污染和生產(chǎn)清潔能源能夠有效緩解環(huán)境和能源問題。近年來，許多鐵電材料已被開發(fā)成為有效的壓電催化劑，如BaTiO₃(BT)、BiFeO₃、Na_0.5K_0.5NbO₃和PbTiO₃。然而，到目前為止，壓催化的反應速率仍未達到理想水平，這嚴重限制了其實際應用。

基于此，北京科技大學白洋課題組提出了一種基于異價離子(Li⁺和La³⁺)摻雜的策略，通過協(xié)同壓電光電子效應和能帶結(jié)構(gòu)調(diào)制來顯著提高BaTiO₃催化活性。

在0.01 Li摻雜BaTiO₃和0.02 La摻雜BaTiO₃納米片中，由于光吸收增強，在超聲和光同時輻照下，析氫速率分別高達3704 μmol g^-1h^-1和3178 μmol g^-1h^-1，分別是純BaTiO₃的4.6倍和3.9倍。

此外，通過選擇施主或受主摻雜和控制能帶結(jié)構(gòu)可以顯著增強催化劑對特定污染物的作用。與純BaTiO₃相比，0.01 Li摻雜的BaTiO₃對甲基藍和孔雀石綠等陰離子染料的催化活性較高，降解速率分別達到0.067 min^-1和1.379 min^-1，而0.02 La摻雜的BaTiO₃對羅丹明B和甲基橙等陽離子染料的催化性能較好，降解速率分別達到0.274 min^-1和0.029 min^-1。

異價離子的摻雜不僅降低了催化劑的禁帶寬度，擴大了光吸收范圍，而且通過引入缺陷，大大抑制了光生載流子的復合。此外，光和超聲同時作用在催化劑中產(chǎn)生光生電荷和壓電極化場，壓電場可以有效地促進光生電子和空穴的分離和遷移。在BaTiO₃晶格中摻雜雜價離子Li⁺和La³⁺有效地改變了BaTiO₃晶格的能帶結(jié)構(gòu)，導致電子和空穴的不同還原和氧化傾向。

對于Li-BT，CB位置比純BT位置更為負，因此它在正極化表面產(chǎn)生活性自由基的能力更強，從而表現(xiàn)出對吸附在正極化表面的陰離子染料具有更好的催化性能。類似地，VB在La-BT中的位置與BT相比更正，使其在負極化表面上產(chǎn)生反應性自由基的能力更強，因此對吸附在負極化表面上的陽離子染料顯示出更好的催化性能。

Selective Enhancement of Photo-Piezocatalytic Performance in BaTiO₃ Via heterovalent Ion Doping. Advanced Functional Materials, 2022. DOI: 10.1002/adfm.202209365

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北科大白洋AFM：異價離子摻雜，選擇性增強BaTiO3光催化性能

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