Boosting Photocatalytic H2 and H2O2 Evolution Enabled by Surface Non‐Uniform Pyroelectric Field Derived Dielectrophoresis Effect

材料科学 热电性 介电泳 Boosting(机器学习) 光催化 光电子学 纳米技术 电介质 机器学习 生物化学 化学 微流控 计算机科学 铁电性 催化作用
作者
Youzi Zhang,Jie Su,Y. Wang,Tong Wang,Peng Guo,Sibi Liu,Xin Xu,Shujie Zhang,Nazia Nasr,Xuanhua Li
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/aenm.202501097
摘要

Abstract Photocatalytic water splitting into H 2 and H 2 O 2 presents a promising approach for converting solar energy into chemical energy. However, sluggish charge migration and unsatisfactory mass transfer restrict its activity. Herein, a photocatalytic system composed of a ZnO/Mo 2 C/polyacrylic acid hydrogel and carbonized wood, featuring surface non‐uniform pyroelectric field‐derived dielectrophoresis effect to offer a driving force for both charge and mass transfer is demonstrated. The chaotic motion of water vapor generated by the carbonized wood and the photothermal effect of Mo 2 C induce surface temperature oscillations and alter the polarization state of ZnO, resulting in a maximum 0.52 V surface non‐uniform pyroelectric field and stimulating a 108‐fold increase in dielectrophoresis force. This photocatalytic system demonstrates a 41% reduction in carrier migration barriers induced by non‐uniform pyroelectric field, alongside a local enrichment of intermediates and optimized H 2 diffusion via dielectrophoresis force, thus resulting in a record photocatalytic activity with H 2 and H 2 O 2 evolution rates of 755.5 and 626.3 µmol h −1 , respectively. A large‐area system (900 cm 2 ) is fabricated, yielding 2.5 L of H 2 and 103.05 mmol of H 2 O 2 per day under natural sunlight. This study presents promising design criteria for creating an efficient photocatalytic system focusing on energy harvesting and the production of high‐value‐added products.
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