点缺陷工程策略助力TiO2光催化分解水产氢

利用半导体光催化技术实现太阳能分解水制氢,是满足人类可持续发展对能源需求的策略之一.然而,半导体光催化剂中光吸收性能差及光生电荷复合严重是制约光催化技术在太阳能分解水制氢领域应用的关键问题.点缺陷工程,作为一种典型的光催化剂改性策略,已被证实能够有效地增强半导体光催化剂的催化活性.尽管如此,实现对点缺陷的合理设计和精确调控仍颇具挑战.基于此,以TiO2为研究模型,通过铝热还原法实现氧空位的引入及其分布的精准调控,并协同应变效应及掺杂策略,在单组分TiO2内引入多元缺陷实现光催化反应过程中热力学与动力学的动态平衡,从而提升光催化产氢效率.系统地归纳了3种点缺陷的构筑策略,阐明了多元缺陷耦合作用促进光催化分解水产氢的作用机理,建立了缺陷结构与催化活性之间的构效关系.研究也为其他半导体光催化剂中点缺陷的合理及可控设计提供了实验指导和理论基础.