生态环境材料课题组薛晋波副教授团队提出自掺杂表面氧空位诱导晶格应变，用于增强可见光驱动的黑色TiO2光催化产氢，该研究结果发表在材料科学国际知名期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。论文题目为“Self-doping surface oxygen vacancy induced lattice strains for enhancing visible light driven photocatalytic H2 evolution over black TiO2”（ACS Applied Materials & Interfaces, 2021, 13(16):18758–18771）（一区TOP期刊，影响因子9.229）。论文第一作者是博士研究生高佳琦，通讯作者是新材料界面科学与工程教育部重点实验室薛晋波副教授。
不断增长的全球能源需求和环境污染问题迫切地推动了人类对可再生和生态友好能源的追求。模拟自然光合作用构建高效的人工光合体系，利用太阳能光催化分解水制取氢气以生产绿色可持续的氢能源，是解决上述问题的一种颇有前景的方法。因此设计与构筑高效的光催化材料成为目前极具挑战的课题。
黑色TiO2中化学键合环境、晶体结构与晶格应变的表征
薛晋波副教授团队以典型的TiO2光催化剂为研究模型，设计合成了氧空位分布可调的黑色TiO2纳米管阵列光催化剂，实现了对氧空位分布位点的精确调控；设计的具有表面氧空位的黑色TiO2规避了体缺陷可能作为电荷湮灭中心的弊端，抑制了非辐射复合并延长了光生载流子寿命。在表面缺陷的构筑过程中，含缺陷的表面结构与完整结晶的体相结构间存在晶格失配，其将进一步诱导产生应变效应。应变的存在将影响局部原子和电子环境以诱导产生附加内建电场，改善电荷转移行为，有利于催化活性的提高。该研究通过实验与DFT理论计算结合，阐明了这种特殊结构对黑色TiO2光吸收范围的调制及电荷行为的优化。此外，该工作提出与验证了一种切实可行的表面氧空位引入方案，完善了表面缺陷工程与诱导的应变效应相耦合的理论，为理性设计高效的太阳能光催化剂体系提供了一些实验与理论基础。
全文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c01101