我校材料科學與工程學院侯清玉教授課題研究成果發表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》

2024/6/8 22:38:36

近期，我校侯清玉教授團隊在新型2D TiO₂光電催化性能的研究中取得新進展。研究發現，2D Ti₂₄O₄₆N (V_o⁰）是一種新型的光電催化劑。

圖1 論文期刊和題目

純的體相銳鈦礦TiO₂利用太陽光較低，量子效率低且壽命短，電催化解離水析氧和析氫效率低。二維銳鈦礦TiO₂(001）表面對光電催化有一定的優勢。因此，侯清玉教授課題組用第一性原理GGA+U的方法，研究了不同價態Vo和N摻雜共存對TiO₂(001）表面體系的光電催化性能的影響。首先，研究發現， 2D-Ti₂₄O₄₆N (V_o⁰）體系穩定性高，功函數低，載流子活性好，電子－空穴壽命長，紅移好，氧化能力強（圖2所示）。2D-Ti₂₄O₄₆N (V^o₀）體系光催化分解水析氧最有利。

圖2 帶邊位置分布

電催化結果表明，氫自由能相對最小，有利于分解水析氫反應。析氧反應過電位接近零，四個電子反應過程均為下坡，有利于析氧反應分解水制氧。電催化H的自由能和O的自由能分別如圖3a、3b所示。2D-Ti₂₄O₄₆N (V_o⁰）體系是理想的新型電催化劑候選者之一。本研究收到審稿專家的高度評價和認可。

圖3 (a)H的自由能分布; (b)O的自由能分布

本研究以Effects of Oxygen Vacancies with Different Valence States on the Photo(electro)catalytic Performance of a 2D TiO₂ :N (001) System為主題，于5月24日在線發表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》（一區，IF：8.4）上。論文通訊作者為內蒙古工業大學材料科學與工程學院侯清玉教授。材料科學與工程學院2019級博士生王文星為文章的第一作者，內蒙古工業大學材料科學與工程學院為論文第一完成單位。

論文鏈接：doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c