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Enhanced Generation of Reactive Oxygen Species via Piezoelectrics based on p–n Heterojunctions with Built-In Electric Field

材料科学 异质结 电场 光催化 压电 光电子学 极化(电化学) 纳米技术 化学工程 复合材料 物理化学 催化作用 物理 工程类 有机化学 化学 量子力学
作者
Xiaofeng Zhou,Bo Shen,Jiwei Zhai,Jiayin Yuan,Niklas Hedin
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:16 (16): 20472-20484 被引量:4
标识
DOI:10.1021/acsami.4c01283
摘要

Tuning the charge transfer processes through a built-in electric field is an effective way to accelerate the dynamics of electro- and photocatalytic reactions. However, the coupling of the built-in electric field of p-n heterojunctions and the microstrain-induced polarization on the impact of piezocatalysis has not been fully explored. Herein, we demonstrate the role of the built-in electric field of p-type BiOI/n-type BiVO4 heterojunctions in enhancing their piezocatalytic behaviors. The highly crystalline p-n heterojunction is synthesized by using a coprecipitation method under ambient aqueous conditions. Under ultrasonic irradiation in water exposed to air, the p-n heterojunctions exhibit significantly higher production rates of reactive species (·OH, ·O2-, and 1O2) as compared to isolated BiVO4 and BiOI. Also, the piezocatalytic rate of H2O2 production with the BiOI/BiVO4 heterojunction reaches 480 μmol g-1 h-1, which is 1.6- and 12-fold higher than those of BiVO4 and BiOI, respectively. Furthermore, the p-n heterojunction maintains a highly stable H2O2 production rate under ultrasonic irradiation for up to 5 h. The results from the experiments and equation-driven simulations of the strain and piezoelectric potential distributions indicate that the piezocatalytic reactivity of the p-n heterojunction resulted from the polarization intensity induced by periodic ultrasound, which is enhanced by the built-in electric field of the p-n heterojunctions. This study provides new insights into the design of piezocatalysts and opens up new prospects for applications in medicine, environmental remediation, and sonochemical sensors.
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