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在環境條件下，利用二氧化鈦（TiO?）等儲量豐富的材料實現高效光催化全解水是一種極具吸引力的可再生能源解決方案。然而，由于顆粒光催化劑中存在大量的深能級缺陷，且缺乏強大的驅動力，光生電荷的分離受到限制，這一目標的實現仍頗具挑戰。

有鑒于此，中國科學院金屬研究所劉崗研究員等研發出一種Sc摻雜金紅石TiO₂，其中不利的Ti3?缺陷得到完全的鈍化，并且由（101）/（110）晶面產生非常強的內建電場。

本文要點：

（1）

Sc³⁺摻雜使激子結合能僅為8.2 meV（未摻雜時的激子結合能達到28.6 meV），比室溫的熱漲落能量還低，這表明激子能自發解離。這些特性使得光生電子和空穴能夠分別選擇性地轉移到（110）和（101）晶面。

（2）

最終，這種添加了助催化劑的Sc摻雜TiO₂在波長為360 nm的光催化全解水的表觀量子產率達到30.3%，太陽能-氫能的轉換效率0.34 %，這是環境條件下TiO₂光催化劑有報道的最高結果。

參考文獻

Fei Qin, Yuyang Kang, Xingyuan San, Yun-Long Tang, Jianjun Li, Xin Zhang, Kangyu Zhang, and Gang Liu*, Spontaneous Exciton Dissociation in Sc-Doped Rutile TiO₂ for Photocatalytic Overall Water Splitting with an Apparent Quantum Yield of 30%, J. Am. Chem. Soc. 2025

DOI: 10.1021/jacs.5c01936

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01936