Energ. Environ. Sci.：在TiO2单晶上的外延端面连接用于高效的光催化水分解

【引言】

由于形成连续的带弯曲以促进电子转移和载流子分离，金属氧化物具有在不同衬底之间的混合连接或单个衬底的不同晶相之间的相连接的特性已经引起光催化应用的高度关注。控制金属氧化物表面原子及其能带结构的排列，配位，表面能和结构缺陷，是控制其光催化性能的关键因素。

【成果简介】

近日，中国科学技术大学俞汉青、李群祥（共同通讯）等人提出了一种新的小面结点概念，并根据形状修饰锐钛矿TiO₂单晶的共暴露晶面的协同作用进行了验证。通过考虑共暴露面之间的原子和电子相互作用，密度泛函理论计算揭示了共暴露{001}和{101}面之间的II型能带对齐的存在。该带对准导致小面结的原位构建，以允许内置小面介质载流子转移。由于不同暴露面之间的有效载流子分离，自构造的{101} / {001}面结显示出比TiO₂多晶体显著增强的光化学氢生成的量子效率和催化性能。相关成果以题为“Epitaxial facet junction on TiO2 single crystals for efficient photocatalytic water splitting”发表在了Energ. Environ. Sci.上。

【图文导读】

图1 显微表征

（a，d）扫描电子显微镜图像

（b，c，e）低分辨率和高分辨率透射电子显微镜图像

（f）选定区域电子衍射图案

（g-i）扫描透射电子显微镜图像

图2 光谱分析

（a）在298K记录的光致发光光谱

（b）77K 360nm激发下在480nm处监测的时间分辨光致发光光谱

（c）在+0.3V/SCE的过渡光电流

（d）阳极极化曲线

图3 光催化水分解

（a-c）含和（d）不含Pt助催化剂的不同的{101}/{001}暴露比例的小面结合工程TiO₂SCs上的光催化水分解

【小结】

该研究首次提出了一种新颖的用于多相光催化的小面结的概念，并且通过使用形状匹配的TiO₂SCs作为模型来阐明其提高光催化性能的性质和机理。这些研究结果为更强大，更有效的能源和环境应用开创了一个面向连接工程纳米催化剂的新局面。

文献链接：Epitaxial facet junction on TiO2 single crystals for efficient photocatalytic water splitting（Energ. Environ. Sci.,2018,DOI:10.1039/C7EE03482B）

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