利用可再生机械能与太阳能-机械能协同驱动压电催化和太阳-压电催化降解单一及混合染料的高熵钙钛矿陶瓷研究

《Surfaces and Interfaces》：Harnessing Renewable Mechanical and combined Solar-Mechanical Energies to enable Piezocatalysis and Solar-Piezocatalysis for the Degradation of Single and Mixed Dyes via High-Entropy Perovskite Ceramics

本综述系统阐述了高熵钙钛矿陶瓷（HEPCs）在压电催化（Piezocatalysis）和太阳-压电催化（Solar-Piezocatalysis）领域的前沿进展。通过对比传统BaTiO3（BT）陶瓷，重点揭示了新型材料(Bi0.2Na0.2K0.2Ba0.2Ca0.2)TiO3（BNKBCT）凭借其高构型熵（Sconf >1.5R）引发的晶格畸变、氧空位增多及电荷分离效率提升等特性，在利用声波机械能（ΔGmix）与太阳光协同作用下，对阳离子染料罗丹明B（RhB）和阴离子染料甲基橙（MO）展现出的卓越降解性能（k≈28×10?3 min?1），为绿色能源驱动环境修复提供了新范式。

　　

亮点

高熵钙钛矿陶瓷（HEPCs）在压电催化和太阳-压电催化方面表现出优于传统陶瓷的性能。

高熵陶瓷（BNKBCT）的降解率常数（k）远高于BaTiO₃（BT）。

高构型熵诱导晶格应变和氧空位，促进活性氧（ROS）生成。

利用可再生机械能和太阳能实现可持续环境修复。

反应路径

压电催化的基本原理在于材料在机械应变下产生压电势。当压电材料受到机械应力时，其固有的晶体结构不对称性导致正负电荷中心位移。这种位移导致材料内部产生宏观电极化，从而在其内部产生压电势差。

结论

本研究证明了高熵陶瓷BNKBCT在有机污染物降解方面的催化性能优于传统陶瓷BT。在仅由机械振动驱动的压电催化条件下，BNKBCT对RhB染料和MO染料的降解率分别达到约79%和68%，显著优于BT的约43%和21%。BNKBCT这种增强的压电催化活性可归因于其高构型熵。