【催化】空穴传输桥：提高光催化分解水产氧新策略
光催化水分解产氢被认为是一种克服日益严峻的传统能源损耗和温室效应问题的潜在技术 。然而，由于其复杂的多电子和多步骤过程，光催化水氧化的半反应是最终氢气产生速率的决定性因素，并且在最近两年得到了广泛研究。与析氢半反应相比，光催化水分解中的析氧半反应是一个更具挑战的步骤，因为它涉及一个四电子转移过程。活性最高的析氧反应助催化剂是贵金属氧化物（RuO2和IrO2）。但半导体和助催化剂之间形成的界面影响着电荷分离和转移。如何调控该界面来获得加速空穴传输进而得到高效的产氧效率是一个难题。
陕西师范大学刘生忠教授团队联合苏州大学、澳大利亚阿德莱德大学及中科院高能物理研究所等单位在传统TiO2光催化剂和IrOx基产氧助催化剂之间引入一个空穴传输桥，从而获得了高效的TiO2基光催化产氧性能。他们首先通过TiO2和尿素煅烧制备出CN包裹的TiO2，然后该样品再在氧气中煅烧在去除表面CN的过程中，TiO2的表面原子层被氧化生成非晶的TiO2层（am@TiO2），将得到的am@TiO2样品通过负载上纳米尺寸的IrOx形成IrOx-am@TiO2样品。
通过正电子湮灭技术、XPS和HRTEM等表征手段发现，am@TiO2材料具有4 nm左右厚度的非晶TiO2层。而负载的IrOx由于制备条件，可以得出在与非晶TiO2层接触的是金属态的Ir，表面则是以IrO2为主。非晶TiO2层和金属Ir共同组成了空穴传输桥（hole-transfer bridge）。通过理论计算也证明了非晶TiO2层可以传输空穴，光照条件下的阻抗结果也证实在含有非晶TiO2层的样品中，电荷的界面迁移阻抗很小。得益于该空穴传输桥，制备的样品在AM 1.5条件下，产氧速率为 143.6 μmol/g•h ，同时在LED-405条件下得到的AQY值 为 18.99%。
这一成果近期发表在ACS Catalysis 上，文章的第一作者是陕西师范大学闫俊青副教授，硕士生刘晶及苏州大学纪玉金博士为论文并列第一作者。陕西师范大学刘生忠教授、苏州大学李有勇教授及阿德莱德大学马天翼博士为论文共同通讯作者。
