Ferroelectric Polarization Modulated Facet‐selective Charge Separation in Bi4NbO8Cl Single Crystal for Boosting Visible‐light Driven Bifunctional Water Splitting

铁电性 自然键轨道 极化(电化学) 材料科学 Boosting(机器学习) 双功能 可见光谱 分解水 光电子学 化学 电介质 光催化 分子 计算机科学 物理化学 机器学习 生物化学 催化作用 有机化学
作者
Hu Cheng,Fang Chen,Hongwei Huang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:62 (48) 被引量:12
标识
DOI:10.1002/anie.202312895
摘要

Developing bifunctional water-splitting photocatalysts is meaningful, but challenged by the harsh requirements of specific-facet single crystals with spatially separated reactive sites and anisotropic charge transfer paths contributed by well-built charge driving force. Herein, tunable ferroelectric polarization is introduced in Bi4 NbO8 Cl single crystal nanosheets to strengthen the orthogonal charge transfer channels. By manipulating the in-plane polarization from octahedral off-centering of Nb5+ and out-of-plane polarization from lone pair electron effect of anisotropic Bi3+ , both the fast charge recombination in bulk catalyst and the process of charge trapping into surface states can be effectively modulated. Collaborating with modest polarization electric field and facet junction induced built-in electric field, cooperative charge tractive force is constructed, which reinforces the spatial separation and migration of photogenerated electrons and holes to {110} reductive site facet and {001} oxidation site facet, respectively. While excessive polarization charges impair the facet-selective charge separation characteristics and conversely promote charge recombination on the surface. As a result, polarity-optimized Bi4 NbO8 Cl shows an excellent H2 and O2 evolution rate of 54.21 and 36.08 μmol ⋅ h-1 in the presence of sacrificial reagents under visible light irradiation. This work unveils the function of ferroelectric polarization in tuning the intrinsic facet-selective charge transfer process of photocatalysts.
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