中山大学化工学院制氢取得新进展

光电化学池分解水产氢被认为是有望解决未来能源与环境问题的新兴技术之一，也是目前最具挑战性的科学研究之一。在众多氧化物光催化材料中，TiO₂以其优异的光电化学分解水产氢性能而备受人们的关注。然而，其较宽的能带间隙以及较低的导电率限制了其在光催化领域的进一步应用。研究人员试图通过结构调控、异相掺杂等方式提高TiO₂的光催化活性，但通常提高幅度较小或产生新问题，事实上更没有从根本上解决TiO₂光生电子导电能力差的关键科学问题。因此，寻找一种经济简便的方法用于从本质上提升TiO2导电能力，制备得到高活性TiO₂半导体光阳极材料具有十分重要的意义。

研究表明通过Ti3+掺杂的方式可以大幅的提高TiO₂中载流子的浓度，进而提升TiO₂光阳极产氢的效果。在TiO₂中引入Ti³⁺的传统方法通常需要苛刻的反应装置和较长的反应时间。为了在更温和更短的时间里创造更多的Ti³⁺，最近中山大学童叶翔教授课题组通过TiO₂的表面负载一层Au颗粒，利用Au催化作用实现了Ti³⁺快速形成，从而有效地提高了TiO₂光阳极的分解水效率。在H₂处理下，负载的Au可以显著的提升H₂的分解及对应产生氢原子与TiO₂的反应能力，从而诱导产生更多的Ti³⁺，使得其载流子浓度大幅增加，并显著增强其导电性。实验结果表明，在存在Au颗粒的情况下，H₂还原后的TiO₂相对于无处理的TiO₂，其光电流有了高达5倍的提升。此方法对于提升光化学电池产氢研究具有重要价值以及对半导体材料基础研究提供了重要的参考。