光催化技術(shù)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(guān)注。然而，較低的量子效率效率限制了光催化技術(shù)的應(yīng)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(xué)陸春華教授、寇佳慧教授和東南大學(xué)趙遠(yuǎn)錦教授組成的研發(fā)團(tuán)隊，通過有效構(gòu)筑熱釋電-光熱-光催化復(fù)合微米纖維，首次將紅外光響應(yīng)熱釋電內(nèi)建電場引入到光催化反應(yīng)中，并顯著提高光催化性能。這一成果近期發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）上，第一作者為南京工業(yè)大學(xué)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(yīng)而未受重視，而光熱技術(shù)可以將紅外光轉(zhuǎn)化為熱能，且轉(zhuǎn)化率高達(dá)85%。鐵電材料可依賴溫度變化在其表面形成正和負(fù)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(jìn)行復(fù)合，構(gòu)筑熱釋電-光熱-光催化復(fù)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(jìn)光催化分解水產(chǎn)氫性能的提高?；诖?，該研究團(tuán)隊創(chuàng)新性地設(shè)計并構(gòu)筑了熱釋電-光熱-光催化復(fù)合微米纖維PVDF-HFP/CNT/CdS，實現(xiàn)了紅外光響應(yīng)熱釋電電場的構(gòu)筑并顯著提高光催化分解水制氫效率達(dá)5倍以上，對應(yīng)的平均表觀量子效率約為16.9%。研究團(tuán)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(guān)聯(lián)，并對復(fù)合螺旋纖維的光催化穩(wěn)定性進(jìn)行了探索。

通過熱釋電輸出測試、變溫電化學(xué)測試及變溫?zé)晒獗碚鳎峁┝藷後岆婋妶鐾ㄟ^有效促進(jìn)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(gòu)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(gòu)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(shù)在解決能源危機及環(huán)境污染等領(lǐng)域的應(yīng)用。