综述：压电材料如何控制电化学反应系统？

压电材料和外部条件影响电化学系统的程度引起了人们的极大兴趣。为了获得高的压电输出，优选具有高纵横比的材料以在相同机械载荷下获得最佳变形；利用具有特定谐振频率的压电材料来收集针对不同实际应用的不同频带范围内的机械振动。这些因素为选择用于实验设计的压电材料提供了可靠的指导。高纵横比的材料最好在机械载荷下获得最佳变形。另外，可以利用具有特定谐振频率的压电材料来收集针对不同实际应用的不同频带范围内的机械振动。这些因素为选择用于实验设计的压电材料提供了可靠的指导。

本文将重点放在用于控制电化学过程的压电材料上，详细解释了压电-电化学的工作机制与影响条件，概述了压电材料的基本特性，并比较了工作条件和电化学性能。与此同时，我们还展望了基于压电-电化学耦合系统的未来发展方向和挑战。

在典型的压电-电化学反应过程中，电荷转移机理可以描述如下。当在没有外部施加的机械力时，压电材料保持平衡，表面能带处于准静态。当仅受到机械振动时，压电会导致极化变化，这会在压电材料中产生压电感应的电场，从而导致电荷载流子在材料的不同端部重新定向。无论是可占用电子态还是表面能带都会被这些在材料不同侧上积累的电荷而影响。特别需要注意的是，反应系统的温度必须超过0 K，这样可以热激发压电半导体产生分离的电子-空穴对。上述可占据的电子态和弯曲能带将热激发的分离的电子-空穴对引导至材料的表面，它们可参与氧化和还原反应，以生成用于电化学过程的活性物质。当材料表面上累积的电荷抵消内置电场时，系统将返回平衡水平。反向的极化变化导致电荷的反向积累和电子-空穴对的反向转移。

图1. 压电控制电化学的机理 (a) BTO-PDMS压电催化效应示意图；(b) 附着在BTO纳米立方体两个相对表面上的Ag₂O纳米颗粒中电荷载流子分离和转移的示意图。(c) 整个PEC系统的能带图。

典型的压电材料可分为压电/铁电钙钛矿材料、纤锌矿氧化锌材料、层状过渡金属二硫属化物的压电材料、有机压电材料和生物压电材料。除了压电系数，具有不同形态的每种材料都有各自的优点。具有高纵横比的压电材料以在机械载荷下获得最佳变形，这可以实现较高的压电输出。通常具有高纵横比的纤维和片材形式的材料有利于引起高压电输出。此外，一些纳米花等结构表面形貌具有较高的比表面积，这使得压电材料与溶液介质之间的接触面积较大，从而可以改善压电-电化学性能。另外，散装和颗粒材料在材料制备中具有优势。

III 压电-电化学过程及其应用 

我们将研究在压电电化学过程分类为选择性沉积、水分解产氢、催化降解染料和脱氯、自充电电池和其他应用。

图4. 催化降解染料和脱氯。