压电效应无光催化压电效应的定义及原理

是指某些材料在外部机械力作用下能够产生电荷，或在外部电场作用下发生机械形变的现象。晶体结构压电效应的根本原理是的非对称性，尤其是其缺乏中心对称的结构。图1. 源于压电效应与压电离子效应交叉融合的压电–离子–电子电子学概念。DOI: 10.1038/s41467-024-55177-y

压电效应可以根据产生电压或形变的方式分为和。图2. a为直接示意图，b为示意图。DOI: 10.1038/s41467-023-44207-w

直接压电效应这个过程是由于外力作用引起了材料内部的电偶极矩重新排列，导致正负电荷分布发生不对称，最终在材料表面形成电场。

，即外部压力移除后，电荷会消失，材料会恢复到原来的状态。直接压电效应可以应用于多种类型的传感器、探测器和能量收集器等设备中。

反向压电效应

是指当电场施加在某些材料上时，材料会发生形变。反向压电效应常用于压电执行器和微型驱动器等设备中，在这些应用中，电场通过引起材料的形变来产生机械运动。

压电效应对于具有压电特性的材料，外力或电场作用时，晶格中的原子相对于其理想位置发生位移，进而改变了分子或原子间的相对排列。由于晶体具有，原子或分子间的电荷分布不再均匀，导致材料表面产生净电荷或发生机械应变。

是描述其压电效应强度的重要物理量，它通常与材料的、以及有关。

因此，压电效应的强度和应用性能与材料的晶体结构、外部应力和电场的强度密切相关。

改变表面电子结构

这种极化形成的内建电场会在材料表面建立起稳定的电势差，进而改变催化剂表面的电子密度和能级结构。

图压电催化促进电荷分离与迁移

特别是在光催化和热催化体系中，压电电场能够增强光生载流子的空间分离效率，提高载流子的寿命与迁移速率。

图触发自由基生成

极化行为可引发表面产生短时强电场，驱动吸附分子（如H2O或O2）发生电子转移反应，生成·OH、·O2⁻等高反应性自由基。

，是污染物降解、有机物断键、氧化还原反应的重要中间物种。压电效应提供了一种无需光照即可激发自由基生成的非热物理途径。

6 压电材料在压缩应力变化中释放并再吸附电荷，驱动水电解产生活性物种。DOI: 10.1038/s41467-020-15015-3

在无光或低温环境中，压电效应可通过机械应力（如压缩、摩擦或超声波）激活催化反应。该“压电-”机制为发展绿色、高效、可控的无光催化技术提供了全新策略，尤其适用于封闭空间、弱光环境下的能源与环境催化反应。