“自然界中，藤蔓植物可以通過自身螺旋結構的伸縮變形，來抵御風吹而不受損傷。從這里我們受到啟發，設計了壓電-光催化復合螺旋結構。”代寶瑩博士說，“我們制備的是像彈簧一樣螺旋結構，只是彈簧換成了壓電材料和催化劑的復合材料，從而實現了內建電場的自修復，并持續增強光催化性能的提高。”日前，南京工業大學陸春華教授、寇佳慧副教授團隊同東南大學趙遠錦教授團隊合作的這一研究成果，發表在AdvancedFunctionalMaterials(《先進功能材料》)期刊上。

如今，環境污染和能源危機的加劇使光催化材料技術備受矚目，目前光催化技術大規模應用存在的主要問題在于其較低的光催化效率，其中光生載流子(即光催化劑在受到光的激發作用下產生的電子和空穴)分離效率是決定光催化劑活性的關鍵因素之一。為了促進光生電子-空穴對的分離，研究者開發了很多的改性方法，其中構筑內建電場被視為提高光催化活性的有效方法(我們一般說的內建電場指的都是靜態內建電場，半導體材料的內建是指材料自身晶體結構導致的電場，一般是定向的，且電場大小不變)。然而，靜態的內建電場很容易被內部和外部電荷所屏蔽，削弱其對光催化性能的增強作用。

“自然界中生物具有的自愈系統可以幫助其抵御外界的損傷或攻擊，如果賦予光催化劑內建電場較強的自修復能力，那么光催化劑的活性及耐久性將得到顯著提高。”據論文第一作者、南京工業大學代寶瑩博士介紹，藤蔓植物可通過自身螺旋結構的伸縮變形抵御風吹而不受損傷，那么將壓電材料(即：當材料受到外力作用時會在材料表面產生電勢的材料)設計為螺旋結構，將有利于其在風、水流等自然流體介質作用下發生變形產生壓電勢(指在外力作用下壓電材料表面產生的電勢)，從而提供能量，驅動自修復內建電場，自修復內建電場則可以有效避免內部和外部電荷的屏蔽。

“上面說到的光生載流子分離效率，是指光生電子-空穴對分離的百分比。舉個例子，比如光激發后產生100個電子-空穴對，但是有30個得到了有效的分離并參與光催化反應，其他的都復合或以其他的形式把能量釋放掉了，載流子的分離效率就是30%。”代寶瑩說，“我們的工作就是在催化劑復合體系里面引入壓電勢，驅動電子和空穴的有效分離。”

基于此，南京工業大學陸春華教授、寇佳慧副教授團隊同東南大學趙遠錦教授團隊合作，設計并構筑壓電-光催化復合螺旋結構，實現了內建電場的自修復，并持續增強光催化性能的提高。另外，通過瞬態光電壓技術及熒光光譜表征提供了自修復內建電場促進載流子分離的直接實驗證據。

該研究成果將可以用來降解水體里的有機污染物，如染料所致的污染，也可以用來降解家居裝修過程中產生的有機有害氣體，如甲醛等，另外，也可以用來分解水產生氫氣，用作氫氣能源的產生。