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近日，国际知名学术期刊《Accounts of Materials Research》以“Anisotropic Single-Crystalline Ti-Based Oxides for Photocatalytic Water Splitting”为题，在线报道了国产直播 国产直播 清洁能源材料与器件团队在各向异性单晶钛基氧化物光解水制氢领域的研究进展。该文章重点介绍了各向异性单晶钛基氧化物合成与晶面调控策略，深入讨论了其结构各向异性与光解水制氢性能之间的构效关系，并系统总结了单颗粒尺度先进表征技术的应用进展，为构建高效单晶光催化剂晶面调控策略和深入理解光解水反应机制提供了重要参考。

太阳能分解水制氢是将可再生能源转化为绿色化学燃料的重要途径。TiO₂、SrTiO₃等钛基氧化物因结构明确、化学稳定、资源丰富和环境友好等优势，长期被视为光催化分解水研究的经典材料。然而，光生载流子易复合、电荷迁移效率有限以及析氢和析氧位点空间重叠等问题，仍限制其性能进一步提升。经过多年系统研究，团队提出了通过精确调控晶面各向异性提升钛基氧化物光催化分解水性能的重要思路。不同于主要依赖组成调控、缺陷工程或异质结构筑的传统策略，团队以结构明确的单晶材料为基础，精准控制不同晶面的暴露比例与空间分布，协同调节材料的晶体结构，电子行为和表面反应过程。相关研究表明，晶面各向异性调控能够促进光生电子和空穴定向迁移，实现析氢与析氧反应位点的空间分离。

以TiO₂和SrTiO₃典型钛基氧化物为研究对象，团队围绕Wulff等晶体生长理论，发展了水热/溶剂热合成、熔盐法以及通过无机离子、有机小分子和异质元素掺杂等调控方法，实现了对特定晶面表面能、暴露比例、晶体形貌和表面结构的精确调控，推动了一系列不同晶面钛基氧化物单晶的可控制备。其中，TiO₂作为光催化分解水研究的经典体系，团队成员早期通过表面能调控实现了锐钛矿TiO₂高活性{001}晶面的大比例暴露，为理解晶面结构对载流子迁移和表面反应行为的影响奠定了研究基础。在光催化分解纯水应用方面，重点展示了一系列不同晶体形貌SrTiO₃单晶的代表性进展。通过调控{100}、{110}、{111}等晶面的暴露比例，可利用不同晶面在表面结构和能级分布上的差异构建内建电场，引导光生电子和空穴定向迁移。进一步结合助催化剂的选择性负载，可在单颗粒尺度实现析氢和析氧反应位点的空间分离；优化后的Al掺杂SrTiO₃单晶体系在光解纯水表现出优异的活性与稳定性。此外，该综述还总结介绍了单颗粒荧光成像、拉曼显微成像和表面光电压显微技术等先进表征方法，为能够实现单颗粒尺度探测载流子空间分布、迁移行为及局域反应活性提供了相关技术指导。

该工作主要由国产直播 博士生王梦敏在杨化桂教授的指导下完成。研究工作得到了国家重点研发计划、上海市基础研究特区等项目的支持。

文献链接：//doi.org/10.1021/accountsmr.5c00380