光催化降解污染物的核心过程就是利用半导体吸收光能后在内部产生大量的自由载流子（即电子和空穴），最终在半导体表面参与氧化还原反应的过程。因此，提高载流子的分离和传输效率是光催化材料设计的重中之重。近年来，一些研究者将压电效应引入到半导体材料的设计中，即利用压电材料（如ZnO、BaTiO3、PZT等）在应力作用下产生压电场的特性，促进了光生载流子从体相向表面移动的过程。然而，目前的研究显示，压电效应和光电效应耦合的效率并不高。因此，课题组提出了一种提高协同效率的方法，即将具有高压电效应的PVDF-HFP薄膜材料与同时具有压电和光电响应的ZnO纳米棒整合，得到了高协同效果的柔性可回收的ZnO纳米棒/PVDF-HFP薄膜催化剂。该工作发表在Chemical Engineering Journal（影响因子13.273）上，题为“Bi-piezoelectric effect assisted ZnO nanorods/PVDF-HFP spongy photocatalyst for enhanced performance on degrading organic pollutant”，第一作者为王茹博士。
如图1所示，随着水流应力的增加（从200转/min到1000转/min），ZnO纳米棒/PVDF-HFP薄膜的光催化性也逐渐增加，其反应速率常数从0.0101min-1提高到0.0399 min-1，压电和光电效应的耦合系数高达3.83。这说明，ZnO纳米棒/PVDF-HFP薄膜在应力的作用下引发的复合压电场提高了ZnO纳米棒的光催化性能。
当ZnO纳米棒/PVDF-HFP海绵状薄膜受到水流的应力（图2a），ZnO纳米棒和PVDF-HFP海绵状薄膜各自激发出压电场（图2c和2d），并在同一受力方向上正向叠加。促使ZnO纳米棒内部受光激发产生的电子和空穴发生分离，并进一步迁移到纳米棒的表面，进而催化降解水中的有机污染物分子。
图1 ZnO纳米棒/PVDF-HFP薄膜的压电-光催化活性（降解甲基橙溶液）
图2 a. ZnO纳米棒/PVDF-HFP薄膜在水流中受到的应力情况分析及光照后ZnO内光生载流子的迁移情况: b. 不受应力时，c. 受压应力时，d. 压应力释放时。