Strain-Induced Ferroelectric Heterostructure Catalysts of Hydrogen Production through Piezophototronic and Piezoelectrocatalytic System

铁电性 材料科学 异质结 催化作用 制氢 拉伤 光电子学 工程物理 纳米技术 化学 复合材料 电介质 工程类 有机化学 内科学 医学 生物化学
作者
Syuan-Lin Guo,Sz‐Nian Lai,Jyh Ming Wu
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (10): 16106-16117 被引量:63
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c04774
摘要

In this work, we discover a piezoelectrocatalytic system composed of a ferroelectric heterostructure of BaTiO3 (BTO)@MoSe2 nanosheets, which exhibit piezoelectric potential (piezopotential) coupling with electrocatalyzed effects by a strain-induced piezopotential to provide an internal bias to the catalysts' surface; subsequently, the catalytic properties are substantially altered to enable the formation of activity states. The H2 production rate of BTO@MoSe2 for the piezoelectrocatalytic H2 generation is 4533 μmol h–1 g–1, which is 206% that of TiO2@MoSe2 for piezophototronic (referred to as piezophotocatalytic process) H2 generation (∼2195.6 μmol h–1 g–1). BTO@MoSe2 presents a long-term H2 production rate of 21.2 mmol g–1 within 8 h, which is the highest recorded value under piezocatalytic conditions. The theoretical and experimental results indicate that the ferroelectric BTO acts as a strain-induced electric field generator while the few-layered MoSe2 is facilitating piezocatalytic redox reactions on its active sites. This is a promising method for environmental remediation and clean energy development.
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