新刊推荐 | Catal 论文 | 压电–光催化耦合为高效太阳能转化提供通用新策略

研究性论文 

Catal 期刊近日发表了哈尔滨理工大学金鑫鑫教授、张凤鸣教授团队的一篇综述论文，系统总结了压电效应–光催化耦合体系在近年的重要研究进展。该类体系通过将机械刺激（振动、压力、形变等）引入光催化过程，在材料内部产生动态压电电场，从而有效调控光生载流子的分离、迁移及界面反应行为，突破了传统光催化中电子–空穴易复合、能量利用率低等核心瓶颈。相关研究表明，该策略可在温和条件下显著提升催化效率，为太阳能转化和环境治理技术提供了新的材料设计思路。

关键要点

• 压电内建电场显著提升载流子利用效率

压电材料在机械刺激下产生的内建电场，可有效引导光生电子与空穴定向迁移，抑制复合过程，并加快表面氧化还原反应动力学。

• 多种低品位机械能可作为驱动源

除超声外，压电–光催化体系还可由水流、气流、重力及环境振动等驱动，显著提升体系的实际应用潜力与可扩展性。

• 应用领域覆盖能源、环境与生物医学

代表性研究已在光催化制氢、CO₂ 还原、污染物降解及抗菌与组织修复等生物医学应用中展现出良好性能。

• 材料与结构设计决定体系性能

报道的高效体系涵盖压电陶瓷与聚合物、二维半导体、金属有机框架材料，并结合缺陷工程、异质结构筑、Janus 架构及单原子调控等先进策略实现性能优化。

• 新型耦合机理逐步清晰

综述总结了压电势“开关效应”、正交电荷传输机制以及压电主导、光辅助的催化模式，为解释不同体系中性能增强或抑制现象提供了统一理论框架。

研究意义

压电–光催化体系在材料层面实现了机械能与太阳能的协同耦合，为构建高效、节能、可持续的催化平台奠定了基础。作者指出，未来研究需重点关注降低对高频超声的依赖、量化机械–化学能量转化效率、厘清复杂耦合机理以及引入人工智能加速材料筛选与设计。相关进展有望推动压电–光催化技术从实验室研究迈向实际能源与环境应用。

作者及单位

刘鹏^†，董利民^†，张志平，于军，李铮，乔正华，宫利格，卢帅，金鑫鑫*，张凤鸣*

^† 以上作者贡献相同。

单位：

哈尔滨理工大学 材料科学与化学工程学院

哈尔滨理工大学 自动化学院

通讯作者

金鑫鑫（[email protected]）

张凤鸣（[email protected]）

期刊介绍

Catal 是Springer旗下一本专注于催化方向的开放获取新刊。这本期刊旨在发表具有独创意义的重要工作。期刊将以催化应用为导向，促进基础研究学者和工业工程师之间具有包容性的沟通，更加有效地发布有关创新技术和实际应用的重要研究成果。 

关于Catal

• 目标影响因子20 

• 优先考虑关键催化应用方向的研究工作 

• 关注青年研究人员 

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