近年来,各类铁电体材料在光催化领域的研究中得到了迅速发展。但是由于不同铁电体各自存在的缺陷,距离实际应用还存在一定的距离。因此,仍然迫切地需要开发新型高效的铁电体光催化材料。特别地是,铁电体材料去极化电场(E_dp)促进载流子分离和迁移速率来增强光催化活性的机理需要进一步的探索。此外,在离子掺杂半导化工程后的铁电体基光伏材料中,如何实现在可见光催化过程中利用高场极化诱导去极化电场(E_dp)来加速电子空穴对的分离仍然是一个很大的挑战。铌酸钾(KNbO₃,简称KN)是一种具有ABO₃钙钛矿结构的典型铁电体材料,由于其成本低、制备简单、光辐照稳定性好、环境友好、氧化能力强等优点,在光伏能源应用领域具有广阔的前景。高的极化强度(~40μC/cm~2)和高的居里温度(~430°C)表明KN是一种非常值得研究的铁电体基光催化材料体系。目前关于KNbO₃铁电体光催化方向的研究仍然处于起步阶段,迫切地需要深层次的研究和发展。基于上述研究背景,本论文选择KN为研究对象,通过外源离子掺杂的方式在降低材料带隙的同时维持较为理想的铁电性,并在高场极化诱导下形成去极化电场来增强全光谱与可见光光催化析氢(PHE)性能。对材料的微观结构和光催化性能做了系统深入的研究。详细研究了高场极化对材料光催化活性、微结构及电化学性能的影响,主要内容如下:(1)通过Ba、Ni和Bi三元离子共掺杂的策略,制备了一系列具有窄带隙和高场极化能力的KN基铁电半导体光催化材料。详细分析了去极化电场(E_dp)对高场极化条件的依赖性以及对催化活性的影响。结果表明,在极化C4(100°C,E=30 k V/cm,30 min)的极化条件下,0.99KN-0.01BNBi样品可见光下的PHE速率最高可达到34.23μmol/g·h,是未极化样品(6.25μmol/g·h)的5.4倍。在高温、高电场和长时间高场极化过程中形成的E_dp显著增强了全光谱与可见光下的PHE活性。高场极化还诱导了晶体结构畸变和相转变过程。从极化前后的XRD,Raman和介电温谱可知,高场极化使铁电半导体材料从弛豫状态转变为具有强极性的铁电状态。与未极化样品相比较,极化样品中更高的DMPO-·OH强度、瞬态光电流和较小的电化学阻抗进一步证明了E_dp对载流子分离和迁移的积极贡献。此外,根据XPS价带谱与Mott-Schottky曲线结果表明高场极化可以通过能带弯曲加速载流子的迁移。(2)系统研究了优异固溶体体系Ba(Ni_0.5Ti_0.5)O₃对KN基铁电体材料的光催化析氢性能影响。在全光谱(λ>320 nm)和可见光(λ>420 nm)下测试了不同掺杂含量样品的PHE性能。Ba、Ni和Ti改性KN基光催化材料由于其窄带隙和子带隙的形成,在可见光照射下均表现出PHE响应。随着掺杂含量的上升,全光谱与可见光PHE活性逐渐降低。在高场极化后(RT,E=10 k V/cm,10 min)的0.98KN-0.02BNTi陶瓷粉末的全光谱和可见光PHE速率可分别提高到693.54μmol/g·h和71.65μmol/g·h,这是未极化样品2.7倍和2.4倍。其余掺杂含量在高场极化后,全光谱与可见光PHE均得到了增强,且提升效果与铁电性相关。此外,外电场极化可以显著影响材料的晶格结构,导致有序铁电畴结构的形成。在极化0.98KN-0.02BNTi的样品中,较高的光激发瞬态光电流与较低的阻抗进一步证明了E_dp对光伏响应的积极作用。(3)通过固相反应合成了(1-x)KN-x BNTa样品。从XRD精修结果、拉曼光谱、介电性能和P-E电滞回线等方面观察到O(?)T相变的明显趋势。随着掺杂含量的上升,KN基材料逐渐从O相转变为T相,催化活性也随之降低。从极化0.94KN-0.06BNTa的XRD、Raman和介电温谱图可以确定,高场极化过程会影响晶体结构,并在材料中产生内置场(E_dp)。Ba、Ni和Ta离子改性的KN材料由于具有窄带隙和一定的铁电性,在全光谱和可见光下均表现出PHE响应,且在高场极化后PHE速率均得到了提升。该结果表明,E_dp在加速铁电半导体中载流子的分离和迁移方面的优势,也可应用于光电化学催化制氢领域。此外,极化的0.94KN-0.06BNTa样品电阻较未极化的样品更小,瞬态光电流响应也更大。上述结果进一步阐明了协同设计的窄带隙与可高场极化的KN基铁电半导体材料在光催化领域研究的光明前景。