极化工程调控的SrBi2Ta2O9铁电纳米片：可见光吸收增强与压电光催化性能突破

本研究针对半导体光催化中载流子快速复合的瓶颈问题，通过熔盐法合成SrBi2Ta2O9（SBTO）铁电纳米片，结合极化工程显著提升其压电光催化性能。优化后的SBTO在光-超声耦合下40分钟完全矿化染料，反应速率常数（k）达0.1618 min-1，较未极化样品提升1.4倍。该工作为铋基铁电材料在环境治理中的应用提供了新策略。

　　

在环境污染治理领域，半导体光催化技术虽能利用太阳能降解污染物，但窄带隙半导体如CdS存在光生电子-空穴对快速复合的致命缺陷。传统铁电材料如Bi₄Ti₃O₁₂虽具有自发极化特性，但其宽带隙（~3.2 eV）限制了可见光利用。SrBi₂Ta₂O₉（SBTO）作为Aurivillius相铋层状铁电材料，兼具~2.6 eV窄带隙和TaO₆八面体结构诱导的强极化效应，理论上可实现高效载流子分离，但现有合成方法制备的SBTO存在形貌不可控、压电响应弱等问题。

重庆科技大学的科研团队在《Materials Today Communications》发表研究，通过熔盐法精准调控SBTO的纳米片与纳米花形貌，并创新性引入极化工程。研究采用X射线衍射（XRD）和有限元模拟（COMSOL Multiphysics）分析晶体结构与压电势分布，通过紫外-可见漫反射光谱（UV-Vis DRS）评估光吸收性能，结合电化学阻抗谱（EIS）和瞬态光电流响应揭示载流子分离效率。

微结构分析
XRD证实以NaCl-KCl混合熔盐在800℃合成的SBTO-4样品纯度最高，其（001）晶面衍射峰强度比传统固相法样品高3倍，表明沿极化方向的择优生长。扫描电镜（SEM）显示纳米片厚度约50 nm，比表面积达38.7 m²/g，较纳米花结构提升60%。

性能优化机制
有限元模拟揭示纳米片在超声作用下产生12.5 mV压电势，是纳米花的2.3倍。极化处理后SBTO的剩余极化强度（P_r）从5.2 μC/cm²提升至8.7 μC/cm²，对应载流子分离效率提高40%。

催化性能
在降解罗丹明B（RhB）实验中，极化纳米片的压电光催化速率常数（k=0.1618 min^-1）是单独光催化（0.072 min^-1）和压电催化（0.048 min^-1）之和的1.8倍，证实协同效应。

该研究通过形貌控制与极化工程的双重策略，将SBTO的压电光催化效率推向新高度。其创新点在于：（1）阐明熔盐比例对Ta-O-Ta键角调谐机制，使带隙减小0.15 eV；（2）首次通过COMSOL模拟量化不同形貌的压电响应差异；（3）开发可规模化生产的极化处理工艺。这些发现为设计新一代环境功能材料提供了理论依据与技术路径。