利用光催化技术实现太阳能的高效转化在缓解能源危机和环境污染方面具有巨大潜力,但低的转换效率阻碍了其实际应用。因而,抑制光生电子和空穴的复合,提高载流子分离效率,使电子和空穴能够有效到达材料表面活性位点参与反应,是大幅提高光催化降解性能和促进光催化技术大规模应用的关键。铁电材料中的自发极化主要由晶体中一些原子被替换而导致的正、负电荷中心偏移所引起,即在不施加应力的情况下具有自发的偶极矩,产生自发的极化电场。近年来,利用铁电材料自发极化形成的内电场加速光生电子和空穴的分离与迁移已成为光催化材料领域研究的热点。在众多铁电材料中,Na0.5Bi0.5TiO3的自发极化强度较高,且Bi3+的孤电子对和O2p轨道上的电子会形成反键态,有利于光催化过程的进行,这使得Na0.5Bi0.5TiO3这种铁电材料具有作为一种理想光催化剂的先决条件。然而由于其为钙钛矿结构晶粒生长通常趋于等轴状,难以取向生长,这限制了其体内电荷分离效率与光催化效率。因此,选用Na0.5Bi0.5TiO3作为光催化剂的基体材料,分别通过光催化剂的宽深比调控、缺陷调控及外场极化调控三方面来提高铁电材料的体内电荷分离效率,进而有效提高光催化性能。主要研究内容如下:首先研究了不同宽深比的片状和块状Na0.5Bi0.5TiO3的光催化性能。采用熔盐法结合拓扑化学转换法,以片状Bi4Ti3O12为前驱体,制备了具有较强铁电极化特性的薄片状Na0.5Bi0.5TiO3光催化剂。在没有助催化剂的情况下,薄片状Na0.5Bi0.5TiO3对罗丹明B、盐酸四环素和环丙沙星三种常见污染物的降解效率分别为99.8%、76.6%和68.3%。电滞回线和X射线光电子能谱表明薄片形貌导致材料表面的大量原子缺失,引起了较大的晶格畸变,从而提高了材料的自发极化强度。同时,薄片形貌缩短了载流子的迁移路径。在强的内电场以及短的迁移路径的协同作用下,薄片状Na0.5Bi0.5TiO3光催化剂的体内电荷得到了有效分离,光催化降解性能明显优于块状Na0.5Bi0.5TiO3。其次,研究Ba2+引入对Na0.5Bi0.5TiO3光催化性能的影响。采用熔盐法制备(Na0.5Bi0.5)1-xTiO3催化剂,在掺杂量x=0.02时,催化剂拥有最佳的降解性能。X射线光电子能谱等测试结果表明,Ba2+的添加提高了 c/a 比率,引起了较大的晶格畸变。扫描电子显微照片及紫外可见漫反射光谱结果说明,Ba2+的添加没有带来明显的尺寸及禁带宽度变化。电滞回线结果表明,Ba2+的添加提高了材料的自发极化强度。由此可见,(Na0.5Bi0.5)0.98Ba0.02TiO3催化剂较为突出的光催化性能归因于较高的体内电荷分离效率。此外,(Na0.5Bi0.5)0.98Ba0.02TiO3催化剂表现出优异的压电-光催化降解效果。由于铁电材料中内电场对载流子优异的分离效果,为此研究了外电场极化对材料光催化性能的影响。采用自制粉体极化装置对几种常见铁电材料进行极化,其中对H010型BaTiO3光催化降解能力的提升效果最佳,约为47%,而对固相法所制备材料的提升效果仅在10%左右。这不仅证明了自制极化装置的实用性,而且确定了外电场极化对铁电光催化剂性能提升的影响因素。一是铁电光催化材料的矫顽场;二是铁电光催化剂的尺寸与表面活性。采用熔盐法制备了一系列矫顽场变化的(Na0.5Bi0.5)1-xBaxTiO3铁电材料,将其置于自制极化装置并在不同的外加电场下（0-9 kV/mm）进行极化处理,极化时间均为20 min。结果表明,Ba2+的含量越高,铁电光催化剂的矫顽场越小,达到最佳光催化降解效率所需极化电场越小。其中,对于(Na0.5Bi0.5)0.3Ba0.7TiO3（NBBT7）光催化剂在极化电场为5 kV/mm,极化时间20min的条件下,光催化降解效率提升了 46%。研究表明,极化前后NBBT7的光催化反应速率、内电场强度和载流子分离效率具有一致的变化趋势,说明内电场强度的增强对极化后光催化剂性能的提升起到关键作用。即铁电纳米材料中的电畴会在外加电场作用下转向,使其极化强度提高,进而实现了体内电荷的有效分离,光催化降解效果也得到了提升。进一步地,将NBBT7粉体制备成陶瓷,并分析其正负极化表面的抗菌效果。5h后,陶瓷正极化表面的杀菌率达到99%,而负极化和未极化表面的杀菌率为90%。由此可见,外电场极化作用会使铁电材料内的偶极子定向排列,提高其极化强度,实现材料中光生载流子的有效分离。同时,这一作用增加了环境中活性氧的含量,也提升了极化后NBBT7陶瓷对大肠杆菌的杀菌效果。