中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室單分子科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)取得新進(jìn)展，研究成果揭示了銳鈦礦二氧化鈦TiO2表面催化活性和微觀反應(yīng)機(jī)理。

TiO2是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化研究中的重要材料體系，其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(duì)這一材料體系的研究成為國(guó)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(wèn)題。

TiO2的銳鈦礦相和晶紅石相是兩種得到廣泛研究的晶相。其中，晶紅石由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易于單晶生長(zhǎng)，過(guò)去的研究主要針對(duì)TiO2的晶紅石相。比較而言，銳鈦礦相的TiO2穩(wěn)定性低，直覺(jué)判斷其化學(xué)活性應(yīng)該比晶紅石相高，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TiO2(001)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TiO2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(duì)這一問(wèn)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TiO2(001)再構(gòu)單晶薄膜，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)活性位點(diǎn)；結(jié)合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)活性位的長(zhǎng)期爭(zhēng)論。該研究結(jié)果表明，銳鈦礦TiO2(001)再構(gòu)表面表現(xiàn)為完全氧化的形式，糾正了過(guò)去關(guān)于該表面部分氧化的結(jié)構(gòu)模型；+3價(jià)態(tài)的缺陷位是該表面活性位點(diǎn)。這一發(fā)現(xiàn)為進(jìn)一步設(shè)計(jì)和提高TiO2的催化活性及研究光化學(xué)反應(yīng)提供了極有價(jià)值的信息。