张作泰课题组在压电催化领域取得系列研究成果

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南方科技大学环境科学与工程学院教授张作泰课题组在压电材料催化能源转换及环境治理领域取得重要研究进展，在国际纳米能源领域顶级期刊《纳米能源》（Nano Energy，IF=15.548）连续发表两篇论文报道相关研究成果。
       利用材料的压电效应，借助外部环境中分散的微小机械能(水波、震动、噪声等)即可有效调制纳米压电材料的极化场，由此产生的表面电荷可以引发一系列催化反应（分解水制氢、有机物污染物降解、高分子聚合等）。由于这些特征，纳米压电材料有望在未来的能源转换和环境治理领域中获得重要应用。目前，寻找和设计可将机械能转换为化学能的纳米压电材料并深入理解其压电催化机理成为研究领域的关注焦点。

       第一篇论文报道了课题组设计合成片状二维KNbO3压电材料的研究工作。实验和理论计算显示，该材料在外加应力下具有与其他形貌的材料相比更大的压电电势及更优异的催化活性，并且可通过铁电极化有效调控光电流。该研究为高效压电催化材料和智能光电器件的设计提供了指导方案。
       课题组访问学生余东方介绍道，在该研究工作中，为了达到调控KNbO3铁电光电极的性能的目标，经过和导师的反复讨论和不断尝试，课题组最终采用了在电解液中施加脉冲电压的方法，成功地对KNbO3材料光电极进行了极化，实现了对光生载流子的输运行为的有效调控。
       二维层状过渡金属二硫属化物(TMDs)因其独特的电子、机械和化学性质而备受科研人员的关注。在第二项发表的研究中，研究团队制备出一系列二维TMDs材料（MoS2、WS2和WSe2），发现其在超声机械力作用下即可分解水制氢，且实验和理论计算显示其压电催化效率与压电系数正相关，证实催化性能由压电性质主导决定，对深入理解压电催化机理提供了重要证据。此外，该系列材料还可以高效降解四环素，为新兴环境污染物的治理提供了新途径。
       李顺介绍，课题组为了制备具有相似层厚及比表面积的压电材料体系，选取了三种具有不同压电系数的二维压电材料作为研究对象，经过对制备条件的反复摸索，成功得到了合适的研究样品。
       李顺、访问学生赵志成和余东方为该论文共同第一作者。张作泰、前沿交叉学院研究助理教授赵锦柱为共同通讯作者。
       系列工作的开展和完成得到了国家自然科学基金、广东省土壤与地下水污染防控及修复重点实验室、深圳市科创委学科布局、深圳市清洁能源研究院专项经费资助等项目的支持。


       论文链接:
       https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2211285519301053
       https://www.sciencedirect.com/sc ... i/S2211285519307906


       压电催化效应是一种将机械能转化为化学能的方式;即是在外部机械力的作用下压电材料的表面会因为压电效应而感应出电荷,若这些电荷的电势超过一定的值,那么它们将参与到相应的化学反应中去。而且小的机械能如声音,水波,振动等和光能一样无处不在且随时随地可以获取,这使得压电催化效应的研究有着诱人的前景。压电催化效应的作用机制与光催化机制相近,但是目前压电催化效应的研究主要是针对污染物的降解。


       张作泰，瑞典皇家工学院博士。现任南方科技大学环境科学与工程学院教授，兼任深圳市城市固体废弃物资源化技术与管理重点实验室执行主任，南方科技大学技术转移中心副主任。主要从事工业和城市固废高效清洁利用等领域研究。近年先后主持了国家优秀青年基金、国家自然科学基金、国家科技支撑项目及企业项目14项;在Scientific Reports, Bioresources Technology, Energy, Journal of Hazardous Materials, RSC Advances, Environmental Science and Pollution Research, Metallurgical and Materials Transactions B, ISIJ International等国内外冶金能源重要刊物上发表论文100余篇，SCI文章90余篇;申请国家发明专利23项(授权14项)，实用新型专利3项;应邀担任Metallurgical and Materials Transactions、AIST Trans.、J. of Innovative Eng.等国际期刊的编委;应邀担任亚洲粉煤灰协会副主席，中国硅酸盐协会固废分会副理事长。