工业生产的快速发展和化石燃料的大量消耗导致了环境污染状况的恶化。催化技术有望成为解决环境污染问题的有力工具。压电催化技术作为一种前沿的高级氧化技术，为解决环境污染问题提供了一种有前途的方法。压电催化剂通过机械变形产生压电极化，在两个相反的表面上产生相反的电荷。由压电催化剂产生的内置电场促进了自由载体(电子和空穴)的分离和迁移，从而促进了活性氧物种(ROS)的产生。
但是，目前大多数压电催化剂表现出低载体浓度，缓慢的迁移率和活性中心不足等缺点。因此，开发实用和具有成本效益的策略来制备高效压电催化剂对于克服大规模和工业应用方面的挑战至关重要。近日，哈尔滨工业大学王大伟、常云飞和深圳信息职业技术学院Long Yangke等通过尺寸优化和氧空位调制相结合，利用高能球磨(hBM)技术将无铅Sr0.5Ba0.5Nb2O6(SBN)压电陶瓷粉末转化为高效的压电催化剂。实验结果表明，含有中等氧空位含量的SBN-hBM-12h样品表现出最佳的压电催化RhB降解活性，RhB降解速率常数k值达到46.95×10-3 min-1，几乎是原SBN的18倍，表明压电催化活性增强。同时，通过自由基捕获实验和电子自旋共振(ESR)检测，发现•OH和•O2−是压电催化反应的主要活性物种。此外，SBN-hBM-12h对大肠杆菌有明显的灭活作用，证实该催化剂的巨大应用潜力。基于一系列表征和理论计算结果，揭示了SBN-hBM-12h在超声辐照下的压电催化机理。hBM处理在SBN-hBM-12h催化剂表面诱导产生氧空位，形成富电子位点。这些位点可以有效地吸附和活化O2成•O2−；同时考虑到催化剂的电荷平衡，光生电子与O2反应增强了光生空穴和•OH的生成，从而提高压电催化活性。此外，SBN的弯曲表面产生负电位，拉伸表面产生正电位，导致表面带状弯曲。随后，压电效应可以诱导内极化电场，驱动未配对的自由载流子向相反方向分离和迁移，最终触发氧化还原反应产生活性物质。总的来说，该项工作结合尺寸优化和表面缺陷工程，提出了一种将压电陶瓷粉体开发成高效压电催化剂的实用而直接的策略，并明确了氧空位在提高压电催化活性中的作用。Remarkably boosting piezocatalytic performance of Sr0.5Ba0.5Nb2O6 piezoceramics via size optimization and oxygen vacancy engineering. Advanced Functional Materials, 2024. DOI: 10.1002/adfm.202408754
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