中國科學技術(shù)大學合肥微尺度物質(zhì)科學國家實驗室單分子科學研究團隊取得新進展，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機理。

TiO2是太陽能轉(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，針對這一材料體系的研究成為國際上新能源材料研究領(lǐng)域中的熱點方向。尋找新的催化材料和高效的能量轉(zhuǎn)換機理是其中重要的科學問題。

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，過去的研究主要針對TiO2的晶紅石相。比較而言，銳鈦礦相的TiO2穩(wěn)定性低，直覺判斷其化學活性應該比晶紅石相高，有許多理論計算也支持這一觀念。特別是理論預言銳鈦礦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)，但實驗得到的光催化效率與理論預言存在很大的差異。

針對這一問題，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)和化學活性位點；結(jié)合趙瑾教授等的理論計算和分析，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)及化學活性位的長期爭論。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，糾正了過去關(guān)于該表面部分氧化的結(jié)構(gòu)模型；+3價態(tài)的缺陷位是該表面活性位點。這一發(fā)現(xiàn)為進一步設(shè)計和提高TiO2的催化活性及研究光化學反應提供了極有價值的信息。