光催化技術因其可利用取之不盡的太陽能，分解水制備清潔高能量密度的可再能源氫氣，緩解能源危機而受到了廣泛關注。然而，較低的量子效率效率限制了光催化技術的應用，其主要源于較低的太陽光利用率及載流子分離效率。那么，如何同時實現(xiàn)提高太陽光利用率和載流子分離效率以顯著改善光催化分解水制氫性能呢？據(jù)麥姆斯咨詢報道，南京工業(yè)大學陸春華教授、寇佳慧教授和東南大學趙遠錦教授組成的研發(fā)團隊，通過有效構筑熱釋電-光熱-光催化復合微米纖維，首次將紅外光響應熱釋電內(nèi)建電場引入到光催化反應中，并顯著提高光催化性能。這一成果近期發(fā)表在《先進材料》（Advanced Materials）上，第一作者為南京工業(yè)大學博士研究生代寶瑩。

紅外光約占據(jù)太陽光光譜的50%，由于其光子能量較低無法直接激發(fā)光催化反應而未受重視，而光熱技術可以將紅外光轉(zhuǎn)化為熱能，且轉(zhuǎn)化率高達85%。鐵電材料可依賴溫度變化在其表面形成正和負的熱釋電電場，電場可以作為驅(qū)動力有效調(diào)控載流子的遷移行為。那么，如果將光熱材料和熱釋電材料與光催化劑進行復合，構筑熱釋電-光熱-光催化復合體系，紅外光將會得到有效利用并產(chǎn)生熱釋電內(nèi)建電場促進光催化分解水產(chǎn)氫性能的提高。基于此，該研究團隊創(chuàng)新性地設計并構筑了熱釋電-光熱-光催化復合微米纖維PVDF-HFP/CNT/CdS，實現(xiàn)了紅外光響應熱釋電電場的構筑并顯著提高光催化分解水制氫效率達5倍以上，對應的平均表觀量子效率約為16.9%。研究團隊探討了熱釋電基底、光熱材料含量等與熱釋電電勢輸出及光催化性能的關聯(lián)，并對復合螺旋纖維的光催化穩(wěn)定性進行了探索。

通過熱釋電輸出測試、變溫電化學測試及變溫熒光表征，提供了熱釋電電場通過有效促進載流子分離、加快載流子遷移速度及延長載流子壽命的方式增強光催化性能的直接實驗證據(jù)。研究表明構筑的熱釋電內(nèi)建電場對光生載流子的作用時效，隨著溫度變化率的增大而增大。本研究工作通過有效利用紅外光構筑熱釋電電場，提供了一個提升光催化性能的新策略，推動光催化技術在解決能源危機及環(huán)境污染等領域的應用。