TiO2因其无毒、低成本和强的氧化还原能力被广泛应用于光/电化学领域。然而，由于TiO2宽的带隙(Eg≈3.1 eV)、缓慢的水氧化动力学和快速的光生载流子复合，其太阳能-氢能转换效率仍然较低。晶面工程被认为是提高光电化学性能(PEC)的有效途径。
刘灿军副教授课题组设计和开发了一种纳米蚀刻技术(TiO2→TiO2/Bi4Ti3O12→TiO2/BiVO4→E-TiO2)处理金红石型TiO2纳米棒阵列薄膜。与原始的TiO2相比，制备的刻蚀TiO2(E-TiO2)具有更粗糙的表面和显著增多的高能(101)晶面暴露，展现出显著增强的PEC性能。动力学研究表明，该纳米蚀刻技术明显改善了电荷的分离和转移。在1.23 V vs. RHE，E-TiO2的电荷转移效率可以达到93.4%。通过实验和理论计算表明，PEC性能的提升一方面主要是由于金红石(101) 晶面HO*中间体的H与邻近O-b之间的距离缩短，有利于HO*的氢氧键的断裂，降低了OER的能垒，另一方面，(110)和(101)晶面功函数的差异导致了表面带弯曲的差异，从而为光生电子和空穴在(110)和(101) 晶面之间的空间分离提供了驱动力。本研究为增加高能晶面的暴露提供了一种新的策略。
图1. 纳米蚀刻TiO2纳米棒阵列薄膜的示意图
相关研究成果以“Nanoetching TiO2 nanorod photoanodes to induce high-energy facet exposure for enhanced photoelectrochemical performance”为题近日发表在英国皇家化学会期刊Nanoscale上( IF=""8.307"" )。该论文是在陈述教授和湘潭大学化学院裴勇教授的帮助和指导下完成的，也得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金等项目的资助。
文章链接为：https://doi.org/10.1039/D2NR04031J
