Fluid-induced piezoelectric field enhancing photocatalytic hydrogen evolution reaction on g-C3N4/LiNbO3/PVDF membrane

材料科学 压电 相位反转 光催化 电场 多孔性 化学工程 傅里叶变换红外光谱 催化作用 复合材料 有机化学 化学 量子力学 生物化学 物理 工程类
作者
Yanhua Cui,Zengkai Wang,Binrong Li,Yan Yan,Yan Yan,Ruibo Xu,Minjia Meng,Yongsheng Yan,Yongsheng Yan
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:99: 107429-107429 被引量:61
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2022.107429
摘要

Piezoelectric materials have been widely used in photocatalytic systems as it forms a built-in electric field to facilitate the migration of photo-induced charge-carriers. Herein, we report a three-dimensional (3D) porous g-C3N4/LiNbO3/PVDF membrane with an enhanced fluid-induced piezoelectric field for photocatalytic hydrogen evolution reaction (HER). The freezing phase inversion strategy is critical to the formation of piezoelectric sensitive β phase PVDF. The unique 3D porous membrane structure and the fluid-induced piezoelectric potential synergistically contribute to the HER efficiency under white light illumination. The as-prepared g-C3N4/LiNbO3/PVDF piezoelectric photocatalytic membrane (19.6875 cm2 in size) exhibited HER rate of 136.02 µmol h−1, which was even higher than that of the g-C3N4/LiNbO3 powder sample (111.8 µmol h−1) with the identical mass of catalyst particles. In-situ diffuse reflection infrared Fourier transform spectroscopy (DRIFTS) demonstrates a better water affinity of the porous g-C3N4/LiNbO3/PVDF piezoelectric membrane prepared by the freezing phase inversion than other PVDF membranes prepared by traditional phase inversion and vacuum drying methods. Piezoelectric force microscopy (PFM), in-situ piezoelectric and piezoelectric current measurements further visualized the fluid-induced piezoelectric field on 3D g-C3N4/LiNbO3/PVDF membrane, by which boosting the HER efficiency.
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