Synchronous Regulation of Ferroelectric and Spin Polarization for High‐Efficiency Photocatalytic Water Splitting

铁电性 材料科学 自然键轨道 光催化 自旋极化 兴奋剂 极化(电化学) 凝聚态物理 电子 光电子学 化学 物理化学 物理 计算化学 密度泛函理论 电介质 催化作用 量子力学 生物化学
作者
Renzhi Xiong,Fangde Liu,Yiting Sun,Yuhao Wu,Yanhe Xiao,Baochang Cheng,Shuijin Lei
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:21 (6): e2409142-e2409142 被引量:19
标识
DOI:10.1002/smll.202409142
摘要

Abstract Enhancing the ferroelectric polarization field and tuning the electron spin polarization as novel approaches to improve photocatalytic performance have sparked considerable research interest. Obviously, a straightforward strategy to simultaneously regulate ferroelectric and spin polarization will have a very attractive application prospect. In this study, a series of Bi 4 NbO 8 Cl‐Ni photocatalysts are synthesized by doping different concentrations of magnetic element Ni into ferroelectric semiconductor Bi 4 NbO 8 Cl. Due to the significant difference in atomic radius, Ni doping induces greater structural distortion and enhances the deviation of positive and negative charge centers in the crystal, thereby resulting in a stronger ferroelectric polarization field. Moreover, spin polarization is induced in the electrons, and photogenerated carriers exhibit higher spatial separation efficiency under magnetic field. Thanks to the synchronous regulation of ferroelectric and spin polarization by Ni doping, the average rates of H 2 and O 2 production from photocatalytic water splitting over Bi 4 NbO 8 Cl‐Ni under visible light are 342.6 and 207.1 µmol g −1 h −1 , respectively, which are 10.6 and 2.7 times those of pure Bi 4 NbO 8 Cl. Notably, under an applied magnetic field of 300 mT, the average production rates are further promoted up to 616.7 and 331.4 µmol g −1 h −1 . This study offers a novel strategy to significantly improve photocatalytic performance.
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