【催化】空穴傳輸橋：提高光催化分解水產氧新策略

　　光催化水分解產氫被認為是一種克服日益嚴峻的傳統能源損耗和溫室效應問題的潛在技術 。然而，由于其復雜的多電子和多步驟過程，光催化水氧化的半反應是最終氫氣產生速率的決定性因素，并且在最近兩年得到了廣泛研究。與析氫半反應相比，光催化水分解中的析氧半反應是一個更具挑戰的步驟，因為它涉及一個四電子轉移過程。活性最高的析氧反應助催化劑是貴金屬氧化物（RuO2和IrO2）。但半導體和助催化劑之間形成的界面影響著電荷分離和轉移。如何調控該界面來獲得加速空穴傳輸進而得到高效的產氧效率是一個難題。

　　陜西師范大學劉生忠教授團隊聯合蘇州大學、澳大利亞阿德萊德大學及中科院高能物理研究所等單位在傳統TiO2光催化劑和IrOx基產氧助催化劑之間引入一個空穴傳輸橋，從而獲得了高效的TiO2基光催化產氧性能。他們首先通過TiO2和尿素煅燒制備出CN包裹的TiO2，然后該樣品再在氧氣中煅燒在去除表面CN的過程中，TiO2的表面原子層被氧化生成非晶的TiO2層（am@TiO2），將得到的am@TiO2樣品通過負載上納米尺寸的IrOx形成IrOx-am@TiO2樣品。

　　通過正電子湮滅技術、XPS和HRTEM等表征手段發現，am@TiO2材料具有4 nm左右厚度的非晶TiO2層。而負載的IrOx由于制備條件，可以得出在與非晶TiO2層接觸的是金屬態的Ir，表面則是以IrO2為主。非晶TiO2層和金屬Ir共同組成了空穴傳輸橋（hole-transfer bridge）。通過理論計算也證明了非晶TiO2層可以傳輸空穴，光照條件下的阻抗結果也證實在含有非晶TiO2層的樣品中，電荷的界面遷移阻抗很小。得益于該空穴傳輸橋，制備的樣品在AM 1.5條件下，產氧速率為 143.6 μmol/g?h ，同時在LED-405條件下得到的AQY值 為 18.99%。

　　這一成果近期發表在ACS Catalysis 上，文章的第一作者是陜西師范大學閆俊青副教授，碩士生劉晶及蘇州大學紀玉金博士為論文并列第一作者。陜西師范大學劉生忠教授、蘇州大學李有勇教授及阿德萊德大學馬天翼博士為論文共同通訊作者。