本文的主要作者包括Xian-Kui Wei、Neus Domingo、Young Sun、Nina Balke、Rafal E. Dunin-Borkowski和Joachim Mayer。他们分别来自德国的Ernst Ruska-Centre for Microscopy and Spectroscopy with Electrons、西班牙的Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)、中国重庆大学的Center of Quantum Materials and Devices、美国北卡罗来纳州立大学的Materials Science and Engineering以及德国亚琛大学的Central Facility for Electron Microscopy。该综述文章于2022年发表在Advanced Energy Materials期刊上，DOI为10.1002/aenm.202201199。
本文综述了新兴铁电材料（Ferroelectric Materials, FE）在能量收集、存储和转换领域的最新研究进展。铁电材料因其对电场、机械场、热场和光场的强响应特性，已被广泛应用于现代电子设备中，如压电传感器、存储器、红外探测器等。近年来，随着材料系统的扩展（如从三维到二维），拓扑极性、非本征铁电性、磁电效应和畴壁纳米电子学等新现象为下一代电子设备提供了希望。同时，铁电研究也扩展到太阳能电池、水分解和二氧化碳还原等更多样化的应用领域。
本文总结了绝缘体、离子导体和金属中新出现的铁电态和现象，这些材料已被用于能量存储、能量收集和电化学能量转换。文章还探讨了极化、配位、缺陷和自旋态之间的复杂耦合，以及瞬态铁电行为、离子迁移、极化切换动力学和拓扑铁电性的物理基础。
铁电材料具有自发极化（Polarization, P），其极化方向可以通过外加电场（Electric Field, E）切换。铁电相变通常伴随着从顺电相到铁电相的结构相变，相变温度称为居里温度（Curie Temperature, Tc）。铁电相变可以分为位移型（Displacive）和有序-无序型（Order-Disorder）两种类型。此外，反位缺陷（Antisite Defects）和层滑动（Layer Sliding）也可以驱动铁电相变。
铁电材料在静电电容器中表现出优异的能量存储性能。通过化学修饰和应变工程，可以优化材料的电学和机械性能，从而提高能量存储密度和效率。例如，PbZrO3基系统中的新型铁电相和SrTiO3基系统中的非极-极相变都为能量存储提供了新的研究方向。
铁电材料在太阳能电池中的应用也备受关注。混合有机-无机钙钛矿（Hybrid Organic-Inorganic Perovskites, HOIPs）因其优异的光电性能和低成本成为研究热点。铁电极化在光生载流子分离和寿命延长中发挥了重要作用，进一步提高了太阳能电池的功率转换效率（Power Conversion Efficiency, PCE）。
铁电材料在电化学催化中的应用也展现出巨大潜力。例如，铁电金属WTe2和拓扑铁电金属Ni2P在电催化水分解和二氧化碳还原反应中表现出优异的性能。铁电极化的动态切换特性为电化学催化提供了新的调控手段。
本文系统地总结了铁电材料在能量相关领域的最新研究进展，为理解铁电极化在能量收集、存储和转换中的作用提供了新的视角。文章不仅为铁电材料的基础研究提供了理论支持，还为设计新型能量材料提供了指导。通过探索铁电材料的多功能耦合效应，未来有望在太阳能电池、电化学催化和能量存储等领域实现更多突破。
文章最后总结了铁电材料在能量相关领域的研究现状，并提出了未来研究的几个重要方向： 1. 跨尺度表征与瞬态结构转变：通过原位偏置条件下的跨尺度表征，探索铁电材料的瞬态结构转变，以优化其能量存储性能。 2. 混合有机-无机钙钛矿的结构调控：通过材料工程消除结构缺陷，进一步提高HOIPs的光电转换效率和稳定性。 3. 铁电金属与拓扑铁电材料：探索铁电金属和拓扑铁电材料在电化学催化中的应用，揭示其能量转换机制。 4. 二维范德华层状材料：通过堆叠不同角度的二维材料，探索新型界面极化和非极性材料中的铁电性。
总之，本文为铁电材料在能量相关领域的研究提供了全面的综述，并为未来的研究方向提供了宝贵的见解。
这篇综述文章不仅为铁电材料的研究者提供了最新的研究进展，还为能量材料的设计和应用提供了重要的理论支持。