中国地质大学（北京）黄洪伟Adv. Mater.：双极轴共生铁电体用于高效稳定的光催化全解水

本文研究背景在于传统铁电光催化剂存在体相电荷分离效率低、层间电荷传输受阻以及表面反应动力学不佳等瓶颈，限制了其光催化全解水（POWS）性能。研究目的为开发具有超强多轴极化的共生铁电体，以协同增强载流子“产生-分离-传输”全过程动力学并优化表面催化活性。研究通过构建不对称堆叠的共生铁电材料Bi7Ti4NbO21（iBTN），利用其三层与两层钙钛矿单元交替堆叠诱导的晶格失配与化学环境差异，在a轴方向形成高达3793.53 D的超宏观偶极矩，并在c轴方向产生额外层间偶极矩，建立双向铁电极化场。该极化场显著降低了激子结合能（43.62 meV），提高了态密度，实现了超低电子有效质量（0.010 m0）与极高的电子-空穴有效质量比（400），从而协同增强光生载流子动力学。同时，极化场优化了表面吸附特性，降低了析氢与析氧反应能垒。结论为：在未改性原始铁电催化剂中，iBTN展现出最优的POWS活性，化学计量比H₂和O₂析出速率分别达73.31和37.34 μmol·h⁻¹，并在10天50小时户外测试中保持稳定，太阳能制氢效率达0.11%，证明了多极轴共生铁电体作为高效稳定POWS催化剂的巨大潜力。