压电效应增强 CeO2/g-C3N4/PVDF 复合柔性薄膜光催化剂：层状 g-C3N4与疏水 PVDF 协同构建高效体系

为解决半导体材料光催化中电荷传输效率低、载流子易复合等问题，研究人员开展了压电 - 光催化薄膜复合材料研究。制备了 CNPV 和 CeCNPV 复合薄膜，50CeCNPV 薄膜性能最佳，降解效率达 90.1%，为光催化领域提供新方向。

　　在当今科技飞速发展的时代，环境保护和能源问题日益受到人们的关注。光催化技术作为一种绿色环保的技术，被寄予厚望，它能够利用太阳能来降解污染物、生产清洁能源，对缓解能源危机和保护生态环境意义重大。然而，理想很丰满，现实却很骨感。在光催化领域，典型的半导体材料在降解催化过程中存在着诸多难题。其中，最为突出的就是电荷运输效率低下，导致光生载流子极易复合，这就好比是一群原本要奔赴各自岗位大显身手的 “小战士”，还没开始工作就 “自相残杀” 了，极大地限制了光催化反应的效率，使得光催化技术的实际应用大打折扣。

为了攻克这些难题，来自未知研究机构的研究人员勇敢地踏上了探索之路，开展了一项关于压电 - 光催化薄膜复合材料的研究。他们的研究成果发表在《Applied Materials Today》上，为光催化领域带来了新的曙光。

研究人员用到的主要关键技术方法有：通过简单的热聚合法制备 CeO₂粉末和 CeNT/g-C₃N₄（CeCN）复合材料，再用刮刀涂布法将其与聚偏氟乙烯（PVDF）制备成复合薄膜；利用 X 射线衍射（XRD）分析样品的内部晶体结构；通过测量瞬态电流评估复合薄膜性能；采用液相色谱 - 质谱联用仪（LC - MS）分析降解产物，并结合毒素模拟预测（TSP）判断是否造成二次污染；运用密度泛函理论（DFT）计算探究压电场和光催化增强机制。

制备 CeO₂粉末和 CeNT/g-C₃N₄复合

研究人员先将 4 mmol 的硝酸铈六水合物 [Ce (NO₃)₃?6H₂O] 溶解在 6 mol/L 的 NaOH 溶液中，经过搅拌、高压反应、清洗、干燥、研磨等一系列操作，得到了 CeO₂粉末。后续又通过合适步骤，将不同量的尿素等原料反应制备出一系列不同比例的复合材料。

结果和讨论

1. XRD 分析：研究人员对不同 CN 重量百分比的 x - CNPV 样品进行 XRD 分析，对比 PVDF 薄膜的主要晶相。原始 CN 在 2θ 约 13.1° 和 27.3° 处有两个特征峰，分别对应 (100) 和 (002) 晶面。结果发现，复合薄膜中各成分之间的相互作用有助于 PVDF 中 β 相（一种优异的压电晶相）的形成。
2. 性能测试：研究人员测试了不同复合薄膜的性能，其中 50CeCNPV 薄膜表现最为出色。它的瞬态电流比纯 PVDF 高 2.25 倍，在 180 分钟内对有机分子污染物的降解效率高达 90.1%，展现出了极佳的光 - 压电协同性能。而且经过五次循环实验后，其降解性能依然稳定。
3. 降解机制研究：通过对比研究，研究人员发现压电光催化过程具有巨大潜力。在降解过程中，?O₂^-起主要作用，?OH 起次要作用。LC - MS 分析和 TSP 表明，降解产物被矿化为无害分子，不会造成二次污染。
4. 理论计算：DFT 计算显示，PVDF 的 β 相能产生优异的压电场。增强的光催化作用归因于 S 型 CeCN 异质结形成的内建电场与 CN 和 PVDF 薄膜产生的压电增强场的协同效应。

研究结论和讨论

研究人员成功制备了 g - C₃N₄和 CeCN 复合以及一系列 CNPV、CeCNPV 压电光催化复合薄膜。这些复合薄膜中，CN 纳米片和 CeCN 复合材料均匀地涂覆在 PVDF 薄膜上，各成分之间的相互作用促使 PVDF 形成 β 相，为电荷分离和传输创造了良好条件。50CeCNPV 薄膜在众多复合薄膜中脱颖而出，其卓越的性能不仅体现在高瞬态电流和高效的污染物降解率上，还体现在良好的循环稳定性上。这一成果为设计和制备高性能的光催化剂提供了新的思路和方法，有望推动光催化技术在环境保护、能源生产等领域的实际应用，让光催化技术真正从实验室走向人们的生活，为解决能源和环境问题贡献力量。