纳米铁电体因具有优异的电荷分离能力与极化可调性而被广泛应用于能源转换、压电催化、铁电光伏等领域。然而，在超低维纳米材料中获得具有强铁电性和强压电性的极化结构以实现高性能应用仍然是一个巨大的挑战。近期，邢献然教授团队在超低维铁电体中实现了极化重构，获得了兼具优异铁电性和压电性的“重排极化”，将其应用于高效压电催化全纯水解。相关工作发表在期刊J. Am. Chem. Soc.上。

图 1 原文和摘要

作者团队通过简单的尺寸诱导调控，在(001)取向高度限制的PbTiO3纳米片中实现了极化重排结构，铁电自发极化由原本的晶体学极化取向重排至非极化取向（图2）。重构极化的PbTiO3在超低维仍体现出优异铁电性和良好的电荷分离能力，实现了高效压电催化全纯水解（氢气产生速率：1068 μmol/g-1 h-1），超过了目前已知的相似体系（图2）。

通过相场模拟对极化重排进行理论模拟，发现极化重构只能在纳米片中出现。中子原子对分布函数（nPDF）和扫描透射电子显微镜（STEM）测试表明，纳米片在面内受到不均匀的拉伸应变，TiO6八面体发生畸变，Ti原子沿着对角线方向发生位移。这是极化重构的结构起源（图3）。通过减小极化轴尺寸的方式诱导极化重构，并实现其高效压电催化全纯水解应用，为纳米铁电体的精确极化调制和多功能应用提供范本，有望研发更多高性能极化重构铁电体。

图2 极化重排的PbTiO3及其全纯水解性能

图3 极化重排PbTiO3局域结构的变化。

该成果以"Polarization Rearrangement Induced High-Efficiency Piezocatalytic Overall Pure Water Splitting in Ultrathin (001)-Confined PbTiO3"为题，近期发表在《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）。论文第一作者为北京科技大学固体化学研究所博士生张佩曦，通讯作者为固体化学研究所邢献然教授和李强副教授。该工作得到国家自然科学基金的资助。论文链接： https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c18542