JACS：TiO2表面水分子层的结构对分解水性能的关键影响

纳米技术

2024-06-24

水分子的氢键网络受到与半导体表面接触的第一层水分子影响，虽然人们发现其影响外球电子转移，但是还没有发现其在太阳能驱动分解水性能的关键作用。

有鉴于此，意大利国家研究委员会物理化学过程研究所Giuseppe Cassone、意大利墨西拿大学Gabriele Centi等报道TiO₂锐钛矿和B掺杂TiO₂锐钛矿进行研究，通过详细的实验和理论计算，发现B掺杂TiO₂的光催化分解水性能提高5倍。

本文要点

(1)

作者发现B掺杂的TiO₂的光催化分解水性能提高不是因为能带、异质结、晶面等因素导致。通过FTIR测试结合第一性原理模拟计算，揭示了光催化剂表面的第一层水分子起到的作用和性质，而且发现掺杂阻碍四配位水分子渗入样品，但是掺杂能够增强氢键网络中的缺陷。

(2)

这项工作揭示了半导体表面掺杂影响局部电场，通过影响半导体表面第一层水分子的氢键结构的方式，改变分解水的反应动力学。这项工作有助于设计高效率分解水的催化剂。

参考文献

Rosaria Verduci, Fabrizio Creazzo, Francesco Tavella, Salvatore Abate, Claudio Ampelli, Sandra Luber, Siglinda Perathoner, Giuseppe Cassone*, Gabriele Centi*, and Giovanna D’Angelo, Water Structure in the First Layers on TiO₂: A Key Factor for Boosting Solar-Driven Water-Splitting Performances, J. Am. Chem. Soc. 2024

DOI: 10.1021/jacs.4c05042

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.4c05042