张静教授/李仁贵研究员：同一半导体间也能构建“结”型电场？微小能级差亦能分离光生电荷？

▲ 第一作者：白玉；周月娥；通讯作者：张静；李仁贵；  

通讯单位：辽宁石油化工大学辽宁省先进清洁能源材料化学工程实验室；中科院大连化学物理研究所催化基础国家重点实验室、洁净能源国家实验室（筹）、能源材料化学协同创新中心  

论文DOI：10.1021/acscatal.8b05050

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  光催化剂中“结”的构建可以形成内建电场，进而有效促进光生电荷分离。为了探究能够将光生电荷分离的最小的能带差异（即诱导光生电荷分离的驱动力的极限最低值），本文以经典半导体 TiO2 为模型，根据纳米限域效应，利用不同尺寸 TiO2 的表面能带弯曲程度的差异，在大、小尺寸 TiO2 之间构建了“同相结”。发现虽然大、小尺寸 TiO2 之间能带差异非常微小，但是“同相结”的形成也能有效促进光生电荷分离和迁移。这为“结”型光催化剂的研究增添了一项以微小内建电场为研究对象的崭新课题，对设计与调控光催化材料具有重要的参考价值。

结论

  本文为探究光生电荷驱动力的极限最低值，设计并构建了“同相结”，不仅证明了“同相结”的可行性并发现“同相结”在光生电荷分离和迁移中的优势。而且，“同相结”的构建不需要多种光催化材料或者光催化材料具有多种晶相，更加具有普适性。此外，目前半导体材料的粒径调控技术比较成熟，因此容易实现“同相结”的人为可控。上述这些优势使得“同相结”策略成为光催化领域一个崭新的、极具潜力的研究方向。