中國鑄造網(wǎng)訊 銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦(TiO2)表面催化活性和微觀反應(yīng)機(jī)理，由中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室單分子科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)揭示，論文發(fā)表在近日出版的《自然·通訊》上。

　　二氧化鈦?zhàn)鳛橐环N氧化物半導(dǎo)體，是太陽能轉(zhuǎn)化研究中的重要材料體系。其在有機(jī)太陽能電池制備、將太陽能轉(zhuǎn)化為環(huán)保的化學(xué)能等方面有望取得應(yīng)用，在光催化分解水制氫氣和人工光合作用等方面展現(xiàn)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(lǐng)域中的熱點(diǎn)方向，尋找新的催化材料和高效的能量轉(zhuǎn)換機(jī)理是其中重要的科學(xué)問題。

　　二氧化鈦的銳鈦礦結(jié)構(gòu)和金紅石結(jié)構(gòu)是兩種得到廣泛研究的晶體結(jié)構(gòu)。其中，金紅石由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于單晶生長，過去的研究主要針對二氧化鈦的金紅石結(jié)構(gòu)。比較而言，銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦穩(wěn)定性低，直覺判斷其化學(xué)活性應(yīng)該比金紅石結(jié)構(gòu)高，有許多理論計(jì)算也支持這一觀念。特別是理論預(yù)言銳鈦礦結(jié)構(gòu)二氧化鈦的晶面指數(shù)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(xué)家投入到合成富含(001)面的銳鈦礦結(jié)構(gòu)的二氧化鈦納米晶，并研究其光催化性質(zhì)，但實(shí)驗(yàn)得到的光催化效率與理論預(yù)言存在很大的差異。

　　針對這一問題，王兵教授等采用脈沖激光沉積技術(shù)，制備了高質(zhì)量的銳鈦礦結(jié)構(gòu)(001)表面的二氧化鈦，利用掃描隧道顯微術(shù)(STM)微觀表征和原子操縱的方法，清晰地揭示出了該表面的結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)活性;結(jié)合該實(shí)驗(yàn)室趙瑾教授等的理論計(jì)算和分析，提出了新的表面結(jié)構(gòu)模型，澄清了這一表面缺陷結(jié)構(gòu)及化學(xué)反應(yīng)活性的長期爭論