極性材料由于分子基元在晶體中的各向異性使得晶胞中一些基團的正、負電中心并非重合，存在本征偶極矩，產生自發極化電場。目前這類材料主要應用于非線性光學、鐵電、功能性陶瓷與薄膜等。

　　中國科學院新疆理化技術研究所環境科學與技術研究室的科研人員在具有內建電場的硼氧結構基元的極性光催化材料的制備及應用方面取得系列進展。研究人員分析了該類材料對氯酚類污染物的去除能力，結合開爾文探針力顯微實驗證實了內建電場的存在（Chemistry of Materials, 2014, 26, 3169）；借助密度泛函理論（DFT）手段確證了極性材料電子結構及光生電荷轉移過程（Journal of Materials Chemistry A, 2015, 3, 12179）；考察了在不同金屬離子半徑作用下導致的不同極化場對有機污染物降解性能的影響（Applied Catalysis B: Environmental, 2016, 181, 436）。

　　近日，該實驗室科研人員又設計和制備了B-O結構基元與具有d0電子構型的金屬離子復合的極性光催化材料，發現該類材料在去除鹵代烴類方面具有優異的性能。10分鐘對難降解氟取代酚類仍然具有高達83%的去除能力。該實驗結果歸因于具有d0電子結構金屬離子形成的金屬多面體與B-O結構多面體的協同作用增大了材料宏觀極化電場，提高了載流子的分離能力。該工作發表于《應用催化B:環境》（Applied Catalysis B: Environmental, 2017, DOI:10.1016/j.apcatb.2017.01.016)。

　　但是，是否材料極性越大其活性越高，值得科研人員進行進一步研究。為此，科研人員又合成了極化能力不同的四種等構的極性材料。科研人員通過X-射線粉末衍射、紫外可見漫反射、單晶結構解析、光電化學、離子色譜、高效液相色譜、原子力顯微、開爾文探針力顯微及理論計算等分析詳細考察了材料的單晶結構、光響應范圍、電荷轉移過程、吸附能、降解過程及降解過程中的化學組成變化及其降解機理。有意義的是，實驗發現了光催化活性雖然與其極化能力有著一定的聯系，但并不盡然。對于部分材料隨著極化能力增加而增加，而當極化能力增加到一定程度的時候其活性還與材料的表面電勢變化及吸附能緊密相關。該工作發表于《材料化學》（Chemistry of materiasl, 2016, DOI:10.1021/acs.chemmater.6b04082)。

　　上述工作受到國家、中科院及地方政府相關機構經費支持。

　　圖1：在極化電場作用下鹵代酚類脫鹵示意圖

　　圖2：表面電勢變化與光催化活性之間關系圖