Improved solar-powered water-splitting performance of Bi4Ti3O12/TiO2 composite with synergistically interacted heterointerfaces under platinum cocatalysis
writer：Fanfan Gao,a Wei Li,*a Wen Duan,a Guocheng Liao,a Chuanyi Wang
keywords：Water splitting; Heterogeneous catalyst; Photocatalysis; Perovskite; Built-in electric field
source：期刊
specific source：https://doi.org/10.1002/smll.202503677
Issue time：2025年
基于半導體光催化材料的太陽能制氫技術被認為是未來很有前景的一種人工能量轉換技術，但低效率的光激子利用和高值犧牲劑的消耗成為該技術實際推進中的主要限制因素。對于大多數傳統的半導體光催化材料，由于其固有的能帶結構缺陷和缺乏有效活性位點，一方面導致高頻電子-空穴重組，使光激子利用效率低下。另一方面，催化劑表面的高水分解反應能壘在缺失犧牲劑的情況下很難獲得高產氫活性。
本文將TiO2納米顆粒生長在Bi4Ti3O12鈣鈦礦微球表面，通過結構調控構建具有協同異質結界面作用的D-A光催化系統，進一步通過表面Pt納米助催化劑生長在內部建立高速電子轉移“通道”，改善其寬帶光吸收響應能力，從而加速光激子的分離和轉移，并引入豐富的反應活性位點，有效抑制光激子的重組，降低表面水分解反應能壘。因此在模擬太陽光照射和無犧牲劑添加下，在該光催化劑上顯示出明顯增強的OER和HER性能，達到了約0.1062%的太陽光-光激子利用效率。本研究一方面首次提出了關于光催化劑的太陽光-光激子利用效率的概念和計算方法，更全面地考慮還原和氧化性激子的有效利用；另一方面，本研究中指出光催化材料因其能帶結構、表面性質和暴露活性位等差異而導致其生成的H2和O2的化學當量不符合2:1的重要結論。
碩士生高凡凡為本論文的第一作者。
