中國科大採用脈衝雷射沉積技術揭示二氧化鈦表面光催化反應微觀機理

2020-11-22 OFweek維科網

　　銳鈦礦結構的二氧化鈦(TiO2)表面催化活性和微觀反應機理，由中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室單分子科學研究團隊揭示。

　　二氧化鈦作為一種氧化物半導體，是太陽能轉化研究中的重要材料體系。其在有機太陽能電池製備、將太陽能轉化為環保的化學能等方面有望取得應用，在光催化分解水制氫氣和人工光合作用等方面展現出迷人的前景。針對這一材料體系的研究成為國際上新能源材料研究領域中的熱點方向，尋找新的催化材料和高效的能量轉換機理是其中重要的科學問題。

　　二氧化鈦的銳鈦礦結構和金紅石結構是兩種得到廣泛研究的晶體結構。其中，金紅石由於結構穩定、易於單晶生長，過去的研究主要針對二氧化鈦的金紅石結構。比較而言，銳鈦礦結構的二氧化鈦穩定性低，直覺判斷其化學活性應該比金紅石結構高，有許多理論計算也支持這一觀念。特別是理論預言銳鈦礦結構二氧化鈦的晶面指數為(001)的表面，是所有晶面中活性最高的。近幾年，有大量的材料學家投入到合成富含(001)面的銳鈦礦結構的二氧化鈦納米晶，並研究其光催化性質，但實驗得到的光催化效率與理論預言存在很大的差異。

　　針對這一問題，王兵教授等採用脈衝雷射沉積技術，製備了高質量的銳鈦礦結構(001)表面的二氧化鈦，利用掃描隧道顯微術(STM)微觀表徵和原子操縱的方法，清晰地揭示出了該表面的結構和化學反應活性；結合該實驗室趙瑾教授等的理論計算和分析，提出了新的表面結構模型，澄清了這一表面缺陷結構及化學反應活性的長期爭論。

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