Ferroelektrika sind photokatalytische Kandidaten für die Herstellung von Solarbrennstoffen. Die Leistung ferroelektrischer Photokatalysatoren ist jedoch oft mäßig und kann keine Gesamtwasserspaltung erreichen.
Kürzlich hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Li Can und Prof. Fan Fengtao vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) eine neue Ladungstrennungsstrategie zur Herstellung von Nanostrukturen zum Sammeln von Grenzflächenladungen vorgeschlagen positive und negative Domänen des Ferroelektrikums, was die Wasserspaltung in ferroelektrischen Photokatalysatoren ermöglicht.
Diese Studie wurde veröffentlicht in Naturkommunikation am 22. Juli.
Die Forscher wählten den ferroelektrischen BaTiO3-Eindomänenkristall und Au-Nanopartikel als Modellsystem, um den Ladungstrennungsmechanismus an der Au/BaTiO3-Grenzfläche hervorzuheben. Sie beobachteten, dass sich photogenerierte Elektronen und Löcher effizient innerhalb ihrer Thermalisierungslänge (etwa 50 nm) um Au-Nanopartikel herum ansammelten, die sich in den positiven bzw. negativen Domänen eines BaTiO3-Einkristalls befanden.
Sie fanden heraus, dass die gemessene Thermalisierungslänge eine wesentliche experimentelle Vorschrift für die Herstellung hocheffizienter photokatalytischer und photovoltaischer Geräte im Nanomaßstab war. Mit diesem Strukturdesign könnten konstruierte ferroelektrische Photokatalysatoren eine photokatalytische Gesamtwasserspaltung durchführen.
„Die Herstellung von bipolaren ladungssammelnden Strukturen auf Ferroelektrika, um eine vollständige Wasserspaltung zu erreichen, könnte ein Paradigma für die Nutzung der energetischen photogenerierten Ladungen bei der Umwandlung von Sonnenenergie darstellen“, sagte Prof. Fan.
Yong Liu et al, Bipolare Ladungssammelstruktur ermöglicht Gesamtwasserspaltung auf ferroelektrischen Photokatalysatoren, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-32002-y