随着全球能源危机日益严重，压电材料因能通过压电效应实现机械能和电能之间的相互转换，受到越来越多科研人员的重视。压电催化作为压电材料新兴的重要应用之一，可将水流、超声、滚动摩擦等随处可见的机械能转换为电能和化学能，进而参与化学反应，在催化分解水产氢、降解有机污染物、还原CO2以及协同光催化提升半导体催化性能等领域中拥有着良好的发展前景。
压电材料体系和催化机理的总结对今后压电催化的发展有重要的参考价值和推动作用，而目前国内尚未有相关文献报道。本文总结了国内外现有的几种压电催化材料体系以及催化机理，综述了当前压电催化领域的研究进展，并对未来压电催化领域的发展做出展望，对压电催化领域的发展有着重要意义。
1. 压电催化材料体系
目前，应用于压电催化领域中的材料体系主要有钙钛矿型材料、过渡金属氧化物、过渡金属硫化物、铋层状结构体系、碱金属铌酸盐体系、石墨相氮化碳等。
1.1. 钙钛矿型材料：
钙钛矿型材料的结构式为ABO3，如SrTiO3、BaTiO3、PbTiO3、BiFeO3等，该类型材料化学性质稳定，且在材料内部有着大量的空位缺陷，晶体的不对称性提高，因而具有优良的压电性能。
张森等[1]通过水热法制备了四方相钛酸钡，并利用低频超声驱动降解水中的卡马西平(CBZ)，在90 min时，CBZ的降解率达到54 %。
冯亚伟[2]通过水流诱导的压电场，利用钛酸铅催化降解罗丹明B（RhB），在50 min时，RhB的降解率达50 %左右。
1.2. 过渡金属硫化物：
过渡金属硫化物种类繁多，如MoS2、WS2、CdS、ZnS等，其中MoS2和WS2等过渡金属二硫化物为层状结构，当层数为奇数层时具有非中心对称结构的压电特性；而CdS和ZnS为非中心对称性纤锌矿结构的压电材料，也具备良好的压电特性。
苏扬[3]在超声环境下利用MoS2压电催化析氢，并发现随着超声能量增强，电子空穴的分离率提高，产氢效率也因此提高，最高可达1250 μmol·g-1·h-1。
李豫[4]通过溶剂热法制备了树枝状CdS纳米棒，通过压电催化协同光催化分解水中的甲基橙(MO)，1.5 h时MO降解率达92.5 %。
1.3. 石墨相氮化碳：
邵登奎[5]通过固相烧结法制备了石墨相氮化碳(g-C3N4)，并首次通过压电催化还原KMnO4证实了g-C3N4具有压电催化效应，此后利用g-C3N4压电催化生产H2O2，在空气气氛下的产率可达34 μmol/h。
2. 压电催化机制
1998年，日本科学家Shigeru Ikeda发现在黑暗环境下仅利用机械搅拌过渡金属氧化物就可以实现全分解水，但其并未对该现象做出解释[6]。2010年，Hong[7]制备了一维的BaTiO3和ZnO，在超声环境下使其发生弯曲产生电荷，实现全分解水，并首次提出了压电催化的概念以及压电催化机制：当一维的BaTiO3或ZnO受到超声振动而发生弯曲时，晶格中的离子将偏离原来的位置，造成正负电荷中心分离，从而导致非零偶极矩，进而产生内建电场，使电子和空穴分离并移动到材料相对的表面，电子和空穴分别与水发生氧化还原反应，从而实现全分解水。该催化机理不仅适用于一维材料，在薄层二维材料、纳米材料等易受外力发生形变的材料中也同样适用。并且随着材料的缺陷增多，晶体的不对称性提高，其压电效应将更加显著，压电催化性能也更好。
3. 总结与展望
压电催化的材料来源和能量来源广泛，并且可以充分利用自然界中普遍存在的机械能，如水流、摩擦等，在近年来受到越来越多研究者的青睐。然而目前压电催化对外力的响应特性较差，常常需要比较强烈的机械能才可以使材料发生形变；在较强的应力作用下，材料本身也容易被破坏，循环性能较低。针对上述问题，本文提出两点解决方案：1.改进制备工艺，利用机械剥离等方法，生产出单原子层或几个原子厚度的二维催化剂，使其在较弱的应力作用下也能发生形变，提高能量利用率，扩大压电催化的应用范围；2.将所制得的二维纳米片与导电柔性材料复合，在提高材料本身韧性的同时，还可以增强材料的导电能力，提高载流子迁移速率，进而提升压电催化性能。
参考文献
[1] 张森, 郑莹, 韩仕强, 袁国兴, 李俊峰, 赵纯. 低频超声驱动BaTiO3压电-芬顿体系降解水中卡马西平 [J]. 净水技术, 2020, 39(07): 130-138.
[2] 冯亚伟. 极化电场调制催化及增强光催化反应的研究和应用 [D]. 上海师范大学, 2018.
[3] 苏扬. 基于内建电场机制的催化材料的设计、制备和性能研究 [D]. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2018.
[4] 李豫. CdS纳米颗粒/纳米线的制备及其压电光催化性能研究 [D]. 西安理工大学, 2019.
[5] 邵登奎. 面向氧还原反应的压电催化研究 [D]. 中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所), 2018.
[6] S Ikeda, T Takata, T Kondo, et al, Mechano-catalytic overall water splitting [J]. Chemical Communications, 1998, (20): 2185-2186.
[7] K Hong, H Xu, H Konishi, X Li, Direct Water Splitting Through Vibrating Piezoelectric Microfibers in Water [J]. The Journal of Physical Chemistry Letters, 2020 (1): 997-1002.
