内建电场是材料内部因电荷分布不均或界面特性自发形成的电场，在半导体、异质结和铁电材料中广泛存在。它通过调控载流子运动实现电荷分离与传输，是光催化、太阳能电池等器件的核心驱动力。
例如，PN结中空间电荷区的内建电场抑制多数载流子扩散，促进少数载流子漂移，形成动态平衡；异质结通过功函数差异诱导电荷转移，优化能带结构以增强光催化效率 ；铁电材料则利用自发极化产生强电场，显著提升光生电荷分离效率 。当前研究聚焦于通过掺杂、界面工程和压电效应调控内建电场，以突破材料性能瓶颈
内建电场对半导体或绝缘体光催化性能的影响主要体现在以下方面，通过调控电荷分离、传输路径及能带结构显著提升光催化效率：
分析介绍
增强光生载流子分离效率
内建电场通过驱动电子和空穴向相反方向迁移，抑制复合。例如：
半导体异质结（如PN结）：P型和N型半导体接触形成的空间电荷区产生内建电场，促使电子向N区、空穴向P区迁移 。例如BiVO₄光催化剂中，助催化剂引入后界面电场强度达2.5 kV/cm，光电压增强80倍 。
铁电材料：自发极化形成的退极化电场（可达10⁵ kV/cm）直接分离电荷，提升光催化产氢效率 。
n型半导体和p型半导体
优化电荷传输路径
内建电场通过定向引导载流子，提升反应位点利用率：
界面电场调控：如BiOBr薄片中，晶面结的内建电场引导电子向还原晶面迁移，空穴向氧化晶面迁移，实现空间分离 。
串联电场设计：清华大学开发的封装型光催化剂通过双串联电场，将电子精确迁移至Cu²⁺-Cu⁺活性位点，显著提升CO₂还原产乙烷的选择性。
p-n (a)和非p-n (b)异质结中的能带结构和e–/h+对分离示意
https://doi.org/10.1039/C8TA08879A
调控能带结构与氧化还原能力
内建电场通过能带弯曲优化光吸收和反应驱动力：
有机共组装体系：萘酰亚胺/苝酰亚胺（NDINH/PDINH）共组装后，界面偶极增强内建电场，使能带结构匹配全解水需求，太阳能-氢能转化效率达0.13% 。
掺杂改性：如Mn₀.₂Cd₀.₈S纳米棒中，氯掺杂通过电荷分布不平衡形成内建电场，优化H₂吸附能，产氢活性提升9倍 。
II型二维铁电拓扑绝缘体的设计原理。a和b分别表示了单层和双层二维铁电材料中由退极化场导致的能带弯曲(band bending)。c和d展示极化翻转对能带反转的调控，其中c为潜在的拓扑非平庸态，d为未发生能带反转的拓扑平庸态。
Doi: 10.1039/d2mh00334a
动态响应外部刺激
压电/铁电材料的内建电场可通过机械应力或温度变化动态调控：
压电效应：超声波、机械滑动等刺激使压电材料（如C-TiO₂/WO₃）产生压电势，反转电场方向，增强电荷分离效率。
热应力调控：热膨胀差异诱导界面电场变化，适用于柔性光电器件。
DOI: S1872-2067(19)63431-5
协同提升稳定性和光谱响应
全光谱吸收：强内建电场扩展材料的光响应范围。例如NDINH/PDINH覆盖紫外到可见光，全解水产氢速率达317.2 μmol·g⁻¹·h⁻¹ 。
稳定性增强：界面化学键（如Mo-S键）与内建电场协同作用，减少光腐蚀，如ZnIn₂S₄/MoSe₂光催化剂在循环测试中性能稳定。
总结
内建电场通过电荷分离、路径优化、能带调控及动态响应，成为提升光催化性能的核心机制。其在太阳能燃料制备（如H₂、C₂H₆）、污染物降解等领域具有广泛应用前景，未来研究可聚焦于电场强度量化调控及多场耦合设计。