Reconstructing Ferroelectric Polarization Screening of PbTiO3 by Epitaxial SrTiO3 for Efficient Photocatalytic Overall Water Splitting

材料科学 铁电性 极化(电化学) 外延 光催化 光电子学 凝聚态物理 分解水 纳米技术 电介质 物理化学 催化作用 物理 生物化学 化学 图层(电子)
作者
Peipei Du,Jie Huang,Zixing Ye,Chao Zhen,Jianan Liu,Yang Yang,Zhaohui Ren,Lichang Yin,Luyao Wang,Gang Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202312888
摘要

Abstract A large depolarization field in single‐domain PbTiO 3 is anticipated to drive the spatial separation of photogenerated charge carriers and enable potential active sites for photocatalytic overall water splitting reaction. However, the negatively polarized surface usually cannot provide sufficient active sites for water oxidation to oxygen because of lacking oxygen vacancies, inevitably hindering photocatalytic water splitting reaction. Here, the ferroelectric polarization screening is reconstructed by a heteroepitaxial SrTiO 3 film on the positively polarized surface of PbTiO 3 nanoplates to generate abundant oxygen vacancies on the negatively polarized surface as active sites for water oxidation. Moreover, it is experimentally and theoretically revealed that the epitaxial SrTiO 3 layer on the positively polarized surface is also beneficial for good dispersion of cocatalyst and the formation of low Schottky barrier height at the interface between the heterostructure and the cocatalyst for efficient electron transfer. Compared with pristine PbTiO 3 , the obtained PbTiO 3 /SrTiO 3 heteroepitaxial structure with the simultaneous regulation of positively and negatively polarized surfaces delivered a greatly enhanced photocatalytic overall water splitting with stoichiometric ratio (2:1) of hydrogen and oxygen evolution by a factor of 15 times. These findings might open up a new avenue for the design of ferroelectric photocatalysts with excellent activity.
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