河北科技大学在纳米催化全解水研究取得重要进展

河北科技大学苏然年轻教师团队在纳米催化水全水解研究方面取得了重要进展。相关的研究结果最近发表在《德国应用化学》上。

充分了解水产品的氢氧生产是解决能源短缺和环境危机的理想途径之一。其难点在于开发高效、稳定和廉价的催化剂。光催化或电催化是水全水解的常用方法，但其析氧效率低影响了水的全水解效率。自然界中有各种机械能，如潮汐能和振动能。压电材料将机械能转化为水的完全水解的能量是压电催化领域的研究热点。然而，已报道的压电催化水全水解制氢和制氧效率极低，如何提高效率是一大挑战。

该团队合成了尺寸均匀的10纳米钛酸钡纳米粒子，并证实其机电耦合系数比200纳米钛酸钡粒子和钛酸钡纳米线高近5倍。高的机电耦合系数可以引起高的压电电势。通过有限元模拟，10纳米钛酸钡的压电势能高达2.6伏，远远高于水分解成氢和氧所需的1.23伏的势能。然而，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。还观察到它同时存在四方相、单斜相和三斜相。多相共存降低了极化反转的*能，进一步改善了10纳米铁电纳米粒子的压电性能。该团队还发现，在60 Hz超声波振动下，10纳米钛酸钡纳米颗粒分解水的产氢和产氧是迄今为止报道的最高值，而200纳米钛酸钡颗粒和钛酸钡纳米线几乎不能分解水来产生氢和氧。

该研究不仅加深了对纳米铁电材料性质和功能的理解，为新型铁电催化剂和电子器件的构建奠定了基础，也为水氢的完全水解提供了新的催化剂。

论文的相关信息:

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201907695