河北科技大学在纳米催化全解水研究取得重要进展

全解水产氢产氧是能够解决能源短缺与环境危机的理想途径之一，其难点在于高效、稳定、廉价的催化剂的开发。光催化或电催化是常见的全解水方法，但其析氧效率低影响了全解水的效能，而自然界中存在着潮汐能、振动能等各种机械能，利用压电材料将机械能转化为全解水的动力是压电催化领域的研究热点，然而目前已报道的压电催化全解水产氢产氧效率都极其低，如何提高效率是一大挑战。

该团队合成了尺寸均一的10纳米钛酸钡纳米颗粒，证实其机电耦合系数比200纳米的钛酸钡颗粒和钛酸钡纳米线的高出近5倍，高的机电耦合系数可以诱导产生高的压电电势，经有限元模拟得出10纳米钛酸钡的压电势能高达2.6 伏特，此值远超于水分解成氢气和氧气所需的1.23伏特势能。而200纳米钛酸钡颗粒和钛酸钡纳米线的压电势能分别为0.5 伏特和1.2 伏特。并观测发现其具有四方，单斜和三斜多相共存现象，多相共存降低了极化翻转的自由能进而提升了10纳米铁电纳米颗粒的压电性能。该团队还发现，在60 赫兹超声振动下，10纳米钛酸钡纳米颗粒分解水的产氢量和产氧量分别了目前报道的压电催化全解水的最高值，而200纳米钛酸钡颗粒和钛酸钡纳米线则几乎不能够分解水产氢产氧。

该项研究不仅深化了对纳米铁电材料性能及作用的认识，为构建新型铁电催化剂及电学器件打下了基础，也为全解水产氢提供了新的催化剂。