Séparation de charge à l'interface méta/ferroélectrique. a Schéma de principe du photocatalyseur métal/ferroélectrique proposé. b Topographie AFM des particules Au sur un BaTiO3 monocristal. Barre d'échelle, 200 nm. c LWF de Au/BTO dans l'obscurité. Barre d'échelle, 200 nm. d LWF de Au/BTO sous une lumière UV de 355 nm (0,5 mW/cm 2 ). Barre d'échelle, 200 nm. e Les images de profil des lignes 1 (sombre) et 2 (lumière UV) ont été prises sur deux domaines ferroélectriques antiparallèles de BTO. f Les images de profil des lignes 3 (sombre) et 4 (lumière UV) ont été prises sur deux domaines ferroélectriques antiparallèles de Au/BTO. Crédit :Nature Communications (2022). DOI :10.1038/s41467-022-32002-y
Les ferroélectriques sont des candidats photocatalytiques pour la production de carburant solaire. Cependant, les performances des photocatalyseurs ferroélectriques sont souvent modérées et ne permettent pas d'obtenir une séparation globale de l'eau.
Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Li Can et le professeur Fan Fengtao du Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) de l'Académie chinoise des sciences (CAS) a proposé une nouvelle stratégie de séparation de charge pour fabriquer des nanostructures interfaciales de collecte de charge sur domaines positifs et négatifs du ferroélectrique, ce qui permet la séparation de l'eau dans les photocatalyseurs ferroélectriques.
Cette étude a été publiée dans Nature Communications le 22 juillet.
Les chercheurs ont choisi le ferroélectrique BaTiO3 cristal à domaine unique et nanoparticule d'Au comme système modèle pour mettre en évidence le mécanisme de séparation de charge à Au/BaTiO3 interface. Ils ont observé que les électrons et les trous photogénérés s'accumulaient efficacement dans leur longueur de thermalisation (environ 50 nm) autour des nanoparticules d'Au situées dans les domaines positif et négatif d'un BaTiO3 monocristal, respectivement.
Ils ont découvert que la longueur de thermalisation mesurée était une prescription expérimentale essentielle pour fabriquer des dispositifs photocatalytiques et photovoltaïques à haut rendement à l'échelle nanométrique. Avec cette conception de structure, les photocatalyseurs ferroélectriques construits pourraient effectuer une séparation photocatalytique globale de l'eau.
"La fabrication de structures bipolaires de collecte de charge sur des ferroélectriques pour obtenir une séparation globale de l'eau peut établir un paradigme pour l'utilisation des charges photogénérées énergétiques dans la conversion de l'énergie solaire", a déclaré le professeur Fan. Un photocatalyseur sensible à la lumière visible élargie stimule la séparation de l'eau solaire
