TiO2因其無毒、低成本和強的氧化還原能力被廣泛應用于光/電化學領域。然而，由于TiO2寬的帶隙(Eg≈3.1 eV)、緩慢的水氧化動力學和快速的光生載流子複合，其太陽能-氫能轉換效率仍然較低。晶面工程被認為是提高光電化學性能(PEC)的有效途徑。
劉燦軍副教授課題組設計和開發了一種納米蝕刻技術(TiO2→TiO2/Bi4Ti3O12→TiO2/BiVO4→E-TiO2)處理金紅石型TiO2納米棒陣列薄膜。與原始的TiO2相比，制備的刻蝕TiO2(E-TiO2)具有更粗糙的表面和顯著增多的高能(101)晶面暴露，展現出顯著增強的PEC性能。動力學研究表明，該納米蝕刻技術明顯改善了電荷的分離和轉移。在1.23 V vs. RHE，E-TiO2的電荷轉移效率可以達到93.4%。通過實驗和理論計算表明，PEC性能的提升一方面主要是由于金紅石(101) 晶面HO*中間體的H與鄰近O-b之間的距離縮短，有利于HO*的氫氧鍵的斷裂，降低了OER的能壘，另一方面，(110)和(101)晶面功函數的差異導緻了表面帶彎曲的差異，從而為光生電子和空穴在(110)和(101) 晶面之間的空間分離提供了驅動力。本研究為增加高能晶面的暴露提供了一種新的策略。
圖1. 納米蝕刻TiO2納米棒陣列薄膜的示意圖
相關研究成果以“Nanoetching TiO2 nanorod photoanodes to induce high-energy facet exposure for enhanced photoelectrochemical performance”為題近日發表在英國皇家化學會期刊Nanoscale上( IF=""8.307"" )。該論文是在陳述教授和湘潭大學化學院裴勇教授的幫助和指導下完成的，也得到了國家自然科學基金、中國博士後科學基金等項目的資助。
文章鍊接為：https://doi.org/10.1039/D2NR04031J
