鐵電材料光催化活性的研究進展?

吳化平令歡 張征 李研彪 梁利華 柴國鐘

(浙江工業大學機械工程學院,特種裝備制造與先進技術教育部/浙江省重點實驗室,杭州 310014)

鐵電材料光催化活性的研究進展?

吳化平?令歡 張征 李研彪 梁利華 柴國鐘

(浙江工業大學機械工程學院,特種裝備制造與先進技術教育部/浙江省重點實驗室,杭州 310014)

(2017年1月18日收到;2017年6月1日收到修改稿)

光催化技術被認為是最有前景的環境污染處理技術,這就使得光催化劑材料備受矚目.近年來,鐵電材料作為新型光催化劑材料受到人們越來越多的關注,其原因在于鐵電材料特有的自發極化有望解決催化反應過程中的電子-空穴對復合問題,進而提高光催化活性.本文從兩個方面對鐵電極化如何影響光催化進行綜述:一方面,從鐵電極化入手歸納總結其對電子-空穴對分離的影響,進而更深入地從極化引發的退極化場和能帶彎曲兩個部分來闡述具體的影響機理;另一方面,為了消除靜電屏蔽,分別從溫度、應力(應變)、電場三個外場因素調控極化入手,歸納總結外場調控極化對電子-空穴對分離的影響,進而影響光催化活性.最后對該領域今后的發展前景進行了展望.

鐵電材料,鐵電極化,外場調控,光催化

1 引 言

隨著社會經濟活動的日益迅速發展以及人口數量的急劇增加,污染問題和能源匿乏問題日趨嚴重,環境問題成為威脅人類生存的重大問題.光催化技術的出現使得這一亟待解決的問題出現曙光.光催化技術是利用光響應材料吸收太陽光來產生電子-空穴對,從而與外界發生氧化-還原反應的技術.1972年Fu jishima和Honda[1]首次提出TiO2能夠在紫外光的照射下將水分解為氫氣和氧氣,從而開拓了利用TiO2的光催化性質解決環境污染問題的新思路[2?5].但是,多年的發展研究表明,由于TiO2的帶隙較寬(約3.2 eV)[6],只在紫外光范圍有響應,因而很難高效利用和轉化太陽能.因此,探索新型的半導體光催化劑材料尤為必要.伴隨著鐵電材料的研究熱潮,鐵電材料作為一種新型光催化劑材料受到越來越多的關注.

長期以來,鐵電材料因其特有的自發極化性質在電容器、壓電傳感器、存儲和微驅動器等方面被廣泛應用.傳統意義上,鐵電絕緣體和半導體是涇渭分明的兩種材料,但近年來研究者們對鐵電材料做了一些改進,使得其具有類似半導體的性質.Grosso等[7]在2004年首次提出鐵電材料在光催化方面的應用潛力,隨后的研究主要集中在鐵電材料的比表面積[8]以及禁帶寬度[9,10]等對光催化活性的影響上.目前光催化技術有一系列的問題還有待解決,其中光生電子-空穴對的復合是一個非常重要的限制.而最近幾年的研究發現,鐵電材料內部的自發極化可拉開光生電子-空穴對,從而減少其復合概率,進而提高光催化活性[11,12]和光電轉化效率[13?16].目前,鐵電材料雖是熱點光催化劑材料,但鮮有對其具體影響機理進行系統地歸納和分析.因此,為了清晰地認識鐵電材料的自發極化對光催化過程的影響,本文分別從極化和外場調控極化兩個方面著手:一方面,從極化引起的退極化場和能帶彎曲深入分析其對電子-空穴對的影響;另一方面從調控極化的三個外場因素深入分析其對電子-空穴對的影響,進而影響光催化活性的機理進行了歸納綜述;并對該領域未來的應用前景進行了展望.

2 鐵電極化對光催化性能的影響

鐵電材料的自發極化是指晶胞中的原子構型使得正負電荷中心沿晶體某個特殊方向發生相對位移,形成電偶極矩,整個晶體在該方向上呈現極性.通常情況下,鐵電體內部存在許多小的極化區域,每個小區域內電偶極子極化沿同一方向排列,稱為疇,而每個疇內電偶極子方向不同.

當鐵電材料被光激發時,其內部將產生光生電子-空穴對,電子-空穴對在其自發極化驅動下進行分離,并能有效地遷移至催化劑表面,減小在此過程中的電子-空穴對的復合率.光生空穴和電子分別具有氧化、還原性,可分別與吸附在催化劑表面的物質發生氧化還原反應,進行能量交換,發生后續反應.鐵電材料的極化性質對材料表面的化學反應有非常深遠的影響[17,18].

基于以上討論分析,一些研究者也做了相關工作.文獻[19,20]將Na+摻雜進KNbO3形成Na1?xKxNbO3混合粉末,并用電暈極化法引發粉末狀鐵電材料的極化,該極化可對所有類型的鐵電光催化材料施加內建電場.他們先從理論上對混合體的鐵電性進行了分析,如圖1(a)所示,黃色箭頭所指為極化方向,使得材料上表面帶正電荷,下表面帶負電荷,在光照下可產生光生電子;如圖1(b)所示,電滯回線證明了不同Na+摻雜量的Na1?xKxNbO3混合粉末的鐵電性;如圖1(c)所示,當Na+摻雜量為0.5 mol時,極化強度最大,表明Na0.5NbO3的鐵電性達到最好.為了驗證以上理論的正確性,他們做了以下實驗,如圖1(d)所示,可以明顯看出進行電暈極化處理的Na1xKxNbO3的析氫率(紅色曲線)比未進行電暈極化處理的Na1xKxNbO3的析氫率(黑色曲線)要高,并且在Na+摻雜量為0.5 mol時析氫率最高.這就驗證了理論的正確性.圖1(e)中是對電暈極化前(黑色)后(紅色藍色)的Na0.5NbO3析氫量的對比,紅色和藍色曲線明顯比黑色曲線的析氫量多,并且表明光照方向向前時,光接觸帶正電荷表面,鐵電性最好的Na0.5NbO3析氫量最多.以上分別從理論和實驗上充分證明了鐵電極化對光催化析氫活性的提高.

圖1 (網刊彩色)(a)半導體粉末極化特征示意圖;(b)固溶陶瓷Na1?xKxNbO3的電滯回線;(c)固溶體(Na,K)NbO3的剩余極化和晶體結構;(d)電暈極化前后固溶粉末Na1?xKxNbO3的析氫率對比圖;(e)光照向上(光接觸負電荷表面)和光照向下(光接觸正電荷表面)時未極化和極化的Na0.5NbO3的析氫量[19]Fig.1.(color on line)(a)ScheMe of polarization behavior for a seMiconducting poWder;(b)hysteresis cu rves of Na1?xKxNbO3solid-solution ceraMics;(c)reManent polarization and crystal structu re of(Na,K)NbO3solidsolu tion coMpounds;(d)rate of hyd rogen evolu tion for Na1?xKxNbO3solid-solu tion poWders before and after corona poling;(e)aMount of hyd rogen evolu tion for non-polarized and polarized Na0.5K0.5NbO3With forward(light exposed to positively charged su rface)and backward(light exposed to negatively charged surface)illuMination[19].

基于鐵電極化對電子-空穴對分離率的影響,研究者們對其具體影響機理進行了更深入的探索,發現極化可引發退極化場和能帶彎曲,進而影響電子-空穴對的分離率,并加快傳輸速率.這就使得人們更加清晰地從機理上認識極化對催化活性的影響.以下將分別從退極化場和能帶彎曲對催化活性的影響進行歸納總結.

2.1 退極化場對光催化性能的影響

圖2所示為鐵電材料中的退極化場,它的產生是由于在其界面處的電極或襯底不能提供足夠的電荷來補償極化電荷,未被補償的極化電荷在晶體內部產生與極化方向相反的退極化電場,也就是在綜述[21]中提到的內建電場的一種.極化引起的內建電場可有效分離光生電子空穴對至兩個極性表面,從而使得兩表面的氧化還原反應有效進行[17,22].

圖2 (網刊彩色)退極化場Fig.2.(color on line)Depolarization field.

基于以上討論,一些研究者也做了相關工作.He等[23]用熔鹽法制備出高度結晶的具有[001]晶向的單晶Bi4Ti3O12納米片.如圖3(a)所示,單晶Bi4Ti3O12由于其層狀的鈣鈦礦結構因而具有很強的各向異性的鐵電性.圖3(b)所示為沿c軸方向([001]方向)的自發極化(Ps)示意圖,當大部分的鐵電性被材料內部作用力所破壞,在材料外表面產生退極化場,即內建電場.為了達到穩態,在接近材料表面的空間電荷區會產生內部屏蔽.圖3(c)所示為極化形成的帶正負電荷的表面間形成的內建電場.當Bi4Ti3O12的[001]面被可見光照射,將會產生光生電子并由內建電場驅動,因而[001]方向的光生電子分離率會大大提高.圖3(d)所示為Bi4Ti3O12對羅丹明B(RhB)的降解率.可以看出不同含量的助溶劑對降解率的提高,同時這種提高也歸功于退極化場引起的電荷分離抑制了電子-空穴對的復合率,也增加了電荷生存時長,從而獲得良好的催化活性.除此之外,Stock和Dunn[24]在用LiNbO3粉末對羅丹明B進行脫色實驗中發現,造成羅丹明B脫色率改變的原因是鐵電材料表面的退極化場改變了其表面的化學反應,進而改變了大多數載流子的復合率,并因此造成傾向于氧化反應或還原反應.

Yang等[25]用磁控濺射沉積法將Ag2O納米粒子嵌入Pb(Zrx,Ti1?x)O3(PZT)薄膜,研究表明Ag2O的嵌入將禁帶寬度減小為1.3 eV,同時也增加了更多的電子-空穴對,而PZT本身的自發極化形成的內建電場可有效分離電子空穴對.而Popescu等[26]進一步分析了鐵電薄膜厚度對退極化場的影響,進而研究退極化場對電荷分離率的影響.他們用脈沖激光沉積法制備了Pb(Zr,Ti)O3薄膜,圖4(a)所示是在一個理想的鐵電體中與極化矢量相反的退極化場,d為薄膜厚度;圖4(b)所示是在理想結構的鐵電薄膜中,材料內部的載流子不足以補償退極化場中的移動電荷,因而退極化場不會消失;圖4(c)所示為當鐵電薄膜厚度較大時,正負相間的移動電荷足以補償退極化場,從而使得其消失.研究表明Pb(Zr,Ti)O3薄膜極化形成的退極化場可降低電子-空穴對的復合率.Yu等[27]研究發現作為鐵電材料的KNbO3,其自發極化引起的內建電場可促進電子-空穴對的分離且加快了傳輸速率.而作為反鐵電體的NaNbO3因為沒有內建電場,使得電子-空穴對在到達催化劑表面前快速復合,降低了催化效率.

圖3 (網刊彩色)(a)[110]方向的Bi4T i3O12的晶體結構示意圖(藍色為碳原子;紫色為鉍原子;紅色為氧原子);(b)自發極化促進光生電子-空穴對的傳輸機制;(c)Bi4T i3O12樣品中內建電場方向模型圖;(d)可見光下Bi4T i3O12樣品對羅丹明B的降解率[23]Fig.3.(color on line)(a)ScheMatic crystal structu re of Bi4T i3O12viewed along[110]d irection(b lue,T i;purp le,Bi;red,O);(b)p roposed transfer MechanisMof the photo-generated electron–hole pairs facilitated by Ps;(c)Model shoWing the direction of the internal electric field in Bi4T i3O12saMp les;(d)degradation rate of RhB at the Bi4T i3O12saMp les under visib le-light[23].

圖4 (網刊彩色)(a)在一個未補償的鐵電層內表面電荷形成的退極化場,其方向與極化方向P相反;(b)移動電荷只補償一部分極化電荷的情況;(c)極化電荷由電子空穴完全補償,內建電場消失的情況[26]Fig.4.(color on line)(a)An uncoMpensated ferroelectric layer,where on ly the fixed su rface charges p roduce the depolarization field inside the layer,oriented in the opposite d irection With respect to the polarization P;(b)the case of a partial coMpensation of the fixed charges by the Mobile charges;(c)the case of coMp lete coMpensation of fixed charges by electrons and holes.The electric field vanishes inside the layer[26].

2.2 能帶彎曲對催化性能的影響

自發極化可引起鐵電材料表面的宏觀極化電荷移動[28],這就使得邊界電荷由自由載流子或者外部環境中的電荷來補償[29,30].如圖5(a)所示,自發極化電荷可由價帶導帶中的自由電荷屏蔽,而溶液中吸附在材料表面的離子或者原子將形成斯特恩層.如圖5(b)所示,自由電子在極化正電荷形成的正極性面堆積造成能帶向下彎曲,空穴在極化負電荷形成的負極性面堆積造成能帶向上彎曲.鐵電材料中的能帶彎曲不僅可以阻礙電子-空穴對的重組,還能夠增強電荷的補償機制并促進光生載流子傳輸到催化劑表面的速率,為其傳輸到催化劑表面提供路徑[17].

上文已經提到鐵電材料內部有許多極化疇,它們可由其他相間的相互作用力影響,導致極性表面極化電荷不平衡.這種電荷不平衡可由施主材料的移動電荷或在施主材料表面的其他相的吸收來達到平衡[11,31,32].在電荷平衡過程中,施主材料的能帶在接近表面的區域發生彎曲,從而形成損耗層.這種損耗層也會在半導體材料和鐵電半導體材料的交界面處出現[33].在能帶彎曲的情況下,催化劑在光激發下電子-空穴對的產生和分離得到增強[34].

基于以上分析,可將極化引發能帶彎曲的情況分為三種情況來討論:1)不摻雜的單一鐵電材料;2)金屬離子與鐵電材料的摻雜;3)半導體材料與鐵電材料的復合.

圖5 (網刊彩色)(a)鐵電材料中的自發極化和電荷補償機理圖;(b)鐵電材料內部載流子傳輸引起的能帶彎曲現象[17]Fig.5.(color on line)(a)The spontaneous polarization in ferroelectrics and the charge coMpensation Mechanism,and(b)the band-bend ing phenoMenon induced by charge carrier transportation in a ferroelectric Material[17].

圖6 (網刊彩色)(a)Ag修飾的BaT iO3能帶結構示意圖;(b)光照下不同催化劑對RhB的光脫色率分布[20]Fig.6.(color on line)(a)ScheMatic of band structu re of BaT iO3Mod ified by Ag nanoparticles;(b)photo decolorization p rofi les of RhB With diff erent catalysts under solar simu lator[20].

就單一不摻雜鐵電材料的能帶彎曲情況,文獻[18,35,36]研究表明以BiFeO3作為鐵電半導體的角度來看,它的鐵電極化引發的能帶彎曲是增強催化活性的重要特性.而且能帶彎曲主要與極化方向有關[21,37?39].極化電荷的屏蔽作用會造成能帶彎曲,正極化電荷可造成能帶向下彎曲,促進還原反應;負極化電荷可造成能帶向上彎曲,促進氧化反應.這一能帶彎曲使得光解水反應可有效進行[40].

金屬離子與鐵電材料摻雜的能帶彎曲情況,實際上是鐵電極化在電子-空穴對接觸其他溶液、金屬或微粒之前阻擋了電子-空穴對的復合,增加了它們的生存時長,并將電子傳送到金屬離子.如圖6(a)所示,金屬離子實際上作為一個屏障,不讓染料陽離子和C+面上的電子結合,C?面上由于空穴聚集,導致能帶向上彎曲,促進氧化反應(降解反應)的進行.從圖6(b)可以看出Ag的加入使得催化活性顯著提高[20,41].除此之外,Schultz等[39]將Ag從溶液中還原沉積在BiFeO3(BFO)表面,在可見光激發下,BFO從溶液中還原Ag+對應向下的鐵電疇結構.Ag優先在指向BFO表面的正極化疇上被還原.被還原的Ag的量取決于垂直于BFO表面的疇極化的正負,但其對晶向相對不敏感.研究表明,負鐵電疇所造成的能帶向上彎曲阻止電子到達BFO表面.BFO表面的鐵電疇所產生的電場會抑制由晶向產生的各向異性,使得光化學行為具有空間可選擇性.

半導體材料與鐵電材料復合的交界處能帶彎曲的情況實際上是在二者的交界面出現了耗盡層(圖7灰色區域),這與電子-空穴對的分離率密切相關[13,33].如圖7(a)所示,當二者交界面處出現正極化電荷時,會造成能帶向下彎曲,導致鐵電體中的耗盡層擴大(圖7紅色區域);如圖7(b)所示,當二者交界面處出現負極化電荷時,會造成能帶向上彎曲,導致鐵電體中的耗盡層縮小.這一能帶結構變化都會對光生載流子的分離和電子的遷移有重要影響[33].目前關于半導體材料與鐵電材料的交界處的能帶彎曲研究主要集中在兩種材料復合成的殼核結構上,這種殼核結構一般由鐵電材料作為核,半導體材料作為殼包裹在核外表面.其優點在于:由鐵電材料內部極化引發的能帶彎曲使得電荷有效通過,進而提高殼核表面的電子運輸能力.高的電子運輸能力以及半導體包裹層的高表面積均對催化反應進行有所提高[42?44].

圖7 (網刊彩色)半導體與鐵電體交界處的耗盡層與能帶結構示意圖[13]Fig.7.(color on line)ScheMatic of band structu re and dep letion layer of seMiconductor and ferroelectric junction[13].

3 外場調控鐵電極化對光催化性能的影響

鐵電材料的極化引發的內建電場可以提高光生載流子的分離率,從而提高催化活性.但靜態的內建電場很容易由于靜電屏蔽導致自由載流子被飽和,這就降低了載流子的分離率.為解決此問題,研究者們通過外場調控極化,使得內建電場可交替變化,從而不間斷地分離電子-空穴對[45].目前,影響極化的外場因素有溫度、應力(應變)、外加電場等.

從溫度調控極化來說,如圖8所示,當溫度T高于居里溫度TC時,鐵電體內部不存在自發極化,處于順電相;當溫度T低于居里溫度TC時,鐵電體內部存在自發極化,處于鐵電相.因而鐵電相通常只能在一定的溫度范圍內存在.

為了清晰地認識溫度調控自發極化對光催化過程的影響機理,Gutmann等[46]對極性單晶材料LiNbO3和LiTaO3進行了研究,表明這些材料的自發極化可由溫度改變,即熱釋電效應,這種效應導致了表面電荷的產生,進而促進催化反應的進行.Yang等[47]研究證明尺寸為7.5 nm的Ba-TiO3(BTO)納米顆粒仍然具有鐵電性.隨著溫度升高,BTO納米顆粒的自發強度逐漸降低,到了80?C時極化強度幾乎為零.如圖8(a)所示,在30?C時,BTO內部存在自發極化,促進了電子-空穴對的分離,而到了80?C時極化消失,促進了電子-空穴對的復合.在紫外燈照射下,將7.5 nm的BTO納米顆粒置于羅丹明B溶液中進行變溫催化測試,發現在30?C條件下羅丹明B的降解效率要比80?C時高11.9%,這充分說明溫度變化調控自發極化對光催化能力有顯著影響.為了進一步提高BTO光催化效率,他們把Ag納米顆粒復合到納米鐵電材料上,圖8(b)結果顯示光催化效率得到了進一步提高.通過把寬禁帶鐵電材料和光敏感材料在納米尺度復合起來,得到了新的高性能的鐵電復合光催化材料.

圖8 (a)在30?C和80?C下BaT iO3納米顆粒的催化活性(插圖說明鐵電材料內部的自發極化影響光催化反應);(b)紫外光照射下降解羅丹明B的光催化性能[47]Fig.8.(a)Photocatalytic activity of BaT iO3nanoparticles at 30?C and 80?C(the inset scheMatic shoWs the internal spontaneous polarization of ferroelectric Materials aff ects photocatalytic reaction);(b)photocatalytic perforMance of degradation RhB under UV irrad iation[47].

從應力(應變)調控極化來看,主要利用的是鐵電材料的壓電效應[48].如圖9所示,鐵電材料內部有自發的內建電勢,當施加拉應力時,電勢增大,更多的同極性電荷聚集在立方的正反面上;當施加壓應力時,電勢減小,聚集的電荷被釋放.這樣不斷交替,極化電荷就不會完全被屏蔽[45].我們研究組也做了大量關于應變調控極化的理論分析[49?51],也就是說可以通過應力(應變)調控極化來消除靜電屏蔽,影響載流子的分離率,從而影響光催化活性.在實際實驗中,Lin等[52]采用超聲振動的方法對Pb(Zr0.52Ti0.48)O3(PZT)納米纖維進行機械催化,使得其對染料的降解率大大提高.研究表明,降解率提高的原因是:在受到機械振動時,作為壓電材料的PZT納米纖維受力彎曲引發壓電效應,壓電效應在PZT納米纖維表面產生的電荷可促進化學降解反應.

從外加電場調控極化來看,當外加電場改變,鐵電極化強度隨外加電場非線性變化,宏觀表現為電滯回線.目前,由于光催化實驗大多在水溶液中進行,使得這一理論應用到實驗有些困難,因此尚未見有關其實際應用的報道.

圖9 (網刊彩色)自發極化勢能隨著應力變化而變化時載流子的集聚與釋放示意圖[45]Fig.9.(color on line)ScheMatic illustration of charge accuMu lation and release When spontaneous potential intensity changes With stress variation[45].

4 展 望

鐵電材料由于具有較窄的禁帶寬度以及特有的自發極化,引起了國內外研究者的極大關注.大量研究表明鐵電極化及其引發的退極化場和能帶彎曲可有效降低電子-空穴對的復合率.此外,為了消除靜電屏蔽可通過外場調控來影響極化強弱或方向,從而影響電子-空穴對的復合率,還可以通過離子摻雜或半導體復合影響催化活性.然而,雖然目前對鐵電極化的調控已有大量理論研究,但由于實際實驗中客觀影響因素太多,如何對其施加有效的外場,如應變、溫度、外加電場等,并且排除所施加外場以外的任何影響因素,仍然有待于探究.另外,鐵電材料的壓電效應、熱釋電效應等特性有望使得催化技術發展為無光條件下的力催化或溫度催化.相信在不遠的將來,鐵電材料會在環境應用領域發揮舉足輕重的作用.

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PACS:77.84.–s,78.20.Ek,78.67.–n,82.30.–bDOI:10.7498/aps.66.167702

*Pro ject supported by the National Natu ral Science Foundation of China(G rant Nos.11372280,11672269,51475424,51675485),the Project of Public Welfare of Zhejiang Province Technology DepartMent,China(Grant No.2016C31041),and the National Key Laboratory Open Foundation of China(G rant No.GZ15205).

?Corresponding author.E-Mail:wuhuaping@gMail.com

Research p rogress on photocataly tic activity of ferroelectric Materials?

Wu Hua-Ping?Ling Huan Zhang Zheng Li Yan-Biao Liang Li-Hua ChaiGuo-Zhong

(Key Laboratory of Special Purpose EquipMent and Advanced Manufacturing Technology(Zhejiang University of Technology),Ministry of Education/Zhejiang Province,College ofMechanical Engineering,Hangzhou 310014,China)

18 January 2017;revised Manuscrip t

1 June 2017)

Photocatalytic technology is considered to be theMost p roMising treatMent technology of environMental pollution.In this technology,the electronhole pairs generated by the light-responsive materials under sunlight irradiation Will produce the oxidation-reduction reactionsWith the outside world.At present,there are still a series of probleMs needed to be solved in the photocatalytic technology,aMong which the recombination of photogenerated electron-hole pairs is a very iMportant liMitation.In recent years,the ferroelectricmaterials have attracted much attention as a neWtype of photocatalyst because the spontaneous polarizations of ferroelectric Materials are expected to solve the recombination probleMof electronhole pairs in the catalytic reaction process.However,there are no systeMatic analyses of the specifi c mechanisMs for ferroelectric materials.In this paper,we revieWthe eff ects of ferroelectric polarization of ferroelectric Materials on photocatalytic activity froMthree aspects.Firstly,the polarization can give rise to depolarization field and band bending,thereby aff ecting the separation rate of electron-hole pairs,and speeding up the transMission rate.Therefore,in the fi rst part,the eff ects of depolarization field and energy band bending on catalytic activity are sumMarized.This can conduce to understanding the in fluence of polarization on catalytic activity More clearly froMthe intrinsicMechanism.Next,the built-in electric field induced by the polarization of ferroelectricMaterial can increase the separation rate of photogenerated carriers and iMprove the catalytic activity.However,the static built-in electric field easily leads to free carrier saturation due to the electrostatic shielding,which reduces the carrier separation rate.Thus,in order to eliMinate the electrostatic shielding,the eff ects of three external field including teMperature,stress(strain)and electric field,which can regu late polarization,on the separation of electronhole pairs and photocatalytic activity are sumMarized in the second part.Finally,detailed discussion is p resented on hoWto exert eff ective external fields,such as strain,teMperature,and app lied electric field,and hoWto study the force catalysis or teMperature catalysis under the no-light condition according to the piezoelectricity eff ect and pyroelectric eff ect of ferroelectric Material in the last part.

ferroelectricmaterials,ferroelectric polarization,external field regulation,photocatalytic

10.7498/aps.66.167702

?國家自然科學基金(批準號:11372280,11672269,51475424,51675485)、浙江省科技廳公益工業項目(批準號:2016C31041)和國家重點實驗室開放基金(批準號:GZ15205)資助的課題.

?通信作者.E-Mail:Wuhuap ing@gMail.com

?2017中國物理學會C h inese P hysica l Society

http://Wu lixb.iphy.ac.cn