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近日,中科大發(fā)布單分子研究最新成果,該校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家實(shí)驗(yàn)室教授王兵、趙瑾通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,成功揭示二氧化鈦表面光催化反應(yīng)微觀機(jī)理,為進(jìn)一步提高二氧化鈦催化活性及研究光化學(xué)反應(yīng)提供極有價(jià)值的信息。
二氧化鈦俗稱鈦白粉,是世界上最白的東西。二氧化鈦是太陽能轉(zhuǎn)化中的重要材料,在光分解水制氫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探索,已成為國際新能源材料研究的熱點(diǎn)。尋找新的催化材料和高效能量轉(zhuǎn)換機(jī)理,是材料學(xué)家探索的重要科學(xué)問題。
二氧化鈦主要有銳鈦礦和晶紅石兩種晶型。其中,晶紅石型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、缺陷少、光催化活性低,是過去研究的重點(diǎn)。王兵教授等采用脈沖激光沉積技術(shù),制備出高質(zhì)量的銳鈦礦再構(gòu)單晶薄膜,并利用掃描隧道顯微技術(shù)和原子操縱方法,清晰揭示出其表面結(jié)構(gòu)和活性位點(diǎn)。結(jié)合趙瑾教授等理論計(jì)算和分析,提出新的表面結(jié)構(gòu)模型,澄清了這一表面缺陷結(jié)構(gòu)及化學(xué)活性的長期爭論。研究表明,銳鈦礦再構(gòu)表面表現(xiàn)為完全氧化的形式,糾正了過去關(guān)于該表面部分氧化的結(jié)構(gòu)模型。由于表面部分氧缺失,暴露在表面的鈦原子才表現(xiàn)出較高的反應(yīng)活性。