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Fundamental Analysis of Piezocatalysis Process on the Surfaces of Strained Piezoelectric Materials

机译:应变压电材料表面上压电催化过程的基础分析

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摘要

Recently, the strain state of a piezoelectric electrode has been found to impact the electrochemical activity taking place between the piezoelectric material and its solution environment. This effect, dubbed piezocatalysis, is prominent in piezoelectric materials because the strain state and electronic state of these materials are strongly coupled. Herein we develop a general theoretical analysis of the piezocatalysis process utilizing well-established piezoelectric, semiconductor, molecular orbital and electrochemistry frameworks. The analysis shows good agreement with experimental results, reproducing the time-dependent voltage drop and H2 production behaviors of an oscillating piezoelectric Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-32PbTiO3 (PMN-PT) cantilever in deionized water environment. This study provides general guidance for future experiments utilizing different piezoelectric materials, such as ZnO, BaTiO3, PbTiO3, and PMN-PT. Our analysis indicates a high piezoelectric coupling coefficient and a low electrical conductivity are desired for enabling high electrochemical activity; whereas electrical permittivity must be optimized to balance piezoelectric and capacitive effects.
机译:最近,已经发现压电电极的应变状态影响压电材料与其溶液环境之间发生的电化学活性。这种效应称为压电催化,在压电材料中很显着,因为这些材料的应变状态和电子状态紧密耦合。本文中,我们利用完善的压电,半导体,分子轨道和电化学框架,对压电催化过程进行了一般的理论分析。分析表明与实验结果吻合良好,再现了去离子水环境中振荡压电Pb(Mg1 / 3Nb2 / 3)O3-32PbTiO3(PMN-PT)悬臂的时变压降和H2生成行为。这项研究为使用不同压电材料(例如ZnO,BaTiO3,PbTiO3和PMN-PT)的未来实验提供了一般指导。我们的分析表明,高压电耦合系数和低电导率是实现高电化学活性所需要的。而介电常数必须优化以平衡压电效应和电容效应。

著录项

  • 期刊名称 Scientific Reports
  • 作者

    Matthew B. Starr; Xudong Wang;

  • 作者单位
  • 年(卷),期 -1(3),-1
  • 年度 -1
  • 页码 2160
  • 总页数 8
  • 原文格式 PDF
  • 正文语种
  • 中图分类
  • 关键词

  • 入库时间 2022-08-21 10:57:23

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