团队成果入选《自然·通讯》亮点推荐论文
近日，我组在《Nature Communications》发表研究论文（论文地址：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56359-y），针对铁电材料界面电荷转移这一关键科学难题，首次揭示单畴铁电PbTiO3正极化表面存在的Ti空位缺陷，会诱导光生电子发生快速表面复合，进而显著制约电荷转移效率与利用效能。该研究突破性地阐明了铁电材料“强电荷分离能力”与“低光催化活性”的矛盾机制，为解决铁电材料光催化应用的核心瓶颈提供了原创性理论支撑。通过界面工程策略，建立了高效电荷转移新路径，将电子寿命从50微秒延长至毫秒级。同时，该论文被编辑推荐为“催化”领域的亮点文章（领域最佳50篇论文），标志着铁电材料在光化学转化领域的应用取得重要突破。论文的通讯作者为李灿院士和范峰滔研究员。
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电荷分离是实现高光催化效率的关键过程，而铁电材料在促进有效电荷分离方面具有显著潜力。然而，很少有研究表明这些材料具有显著的光催化活性。在本研究中，我们证实了在铁电材料PbTiO3中，正极化晶面附近的表面钛空位缺陷会通过捕获电子并诱导其复合来阻碍光催化性能。为解决这一问题，我们在PbTiO3的极化晶面上选择性生长了SrTiO3纳米层，有效缓解了界面钛缺陷。这种改性在正极化晶面与助催化剂的界面处建立了高效的电子转移路径，将电子寿命从50微秒延长至毫秒级，并显著提高了电子在水分解反应中的参与度。因此，全水分解的表观量子产率达到了铁电光催化材料迄今为止的最高报道值。这项工作为设计先进的铁电光催化体系提供了有效策略。
图1：铁电材料表面缺陷调控和水分解结果。a，铁电PbTiO3正极化表面STEM图像；b， SrTiO3修饰后PbTiO3正极化面界面STEM图像；c，PbTiO3瞬态表面光电压；d，SrTiO3修饰后PbTiO3瞬态表面光电压；e，SrTiO3修饰前后光生电荷界面动力学图示；f，SrTiO3修饰前后水分解活性和量子效率结果。
《Nature Communications》是一本开源综合科学期刊，旨在发表生物学、物理学、化学、地球科学、数学、社会学以及应用和工程科学的高水平研究成果，是Nature Index入选期刊，影响因子14.7。
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原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-025-56359-y
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