顆粒在線訊：鈦酸鍶（Strontium titanate，SrTiO3）作為典型鈣鈦礦型半導(dǎo)體材料，廣泛應(yīng)用于精密電子、介電材料、先進陶瓷及光催化功能材料行業(yè)。近日，中國科學(xué)院過程工程研究所綠色化工研究部研究員段東平團隊在多面體SrTiO3微納米顆粒研究中取得進展，研發(fā)出十八面體、二十六面體、中空籠狀等形貌SrTiO3，并用于鈷離子（Co2+）的光氧化，通過對SrTiO3顆粒形貌、晶體結(jié)構(gòu)與光催化性能之間關(guān)系的闡明，提出提高SrTiO3光載流子利用效率的機制。相關(guān)研究成果發(fā)表在Small上，并被選為卷首插畫論文。

　　半導(dǎo)體光催化材料具有只利用太陽能即可在溫和條件下將光能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能或電能的能力。半導(dǎo)體光催化材料的應(yīng)用已逐步擴展到光催化降解有機物、光解水制氫、光催化二氧化碳還原及光伏電池等領(lǐng)域，應(yīng)用潛力巨大。復(fù)雜形貌多面體SrTiO3是新興的半導(dǎo)體光催化材料，光載流子分離效率與光催化性能優(yōu)于常見的立方體SrTiO3，備受關(guān)注。目前，光載流子在多面體SrTiO3中的轉(zhuǎn)換與遷移機制尚未得到深入研究。

　　科研團隊利用變溫核磁共振與飛秒超快吸收光譜探測技術(shù)，研究了多面體SrTiO3的缺陷態(tài)（TiO2-x）形成原因和光載流子轉(zhuǎn)換、分布特性，提出新的光電子激發(fā)態(tài)模型。對于十八面體SrTiO3，（100）與（110）晶面的占比對自陷態(tài)激子（Self-trapped exciton，STE）的形成與解離頗具影響，當(dāng)（100）與（110）面積比為1:1時，顆粒的光氧化還原活性最高（Nanoscale，2022，14，12875，DOI: 10.1039/d2nr02977d）。對于中空籠狀SrTiO3，籠狀內(nèi)壁有眾多的金屬與氧原子空位，為STE的形成提供活性束縛位點，大量的STE提升了顆粒的光催化性能（The Journal of Physical Chemistry C，2022, 126, 15962，DOI: 10.1021/acs.jpcc.2c04059）。在此基礎(chǔ)上，科研團隊與中科院理化技術(shù)研究所院士吳驪珠課題組合作，揭示了多面體SrTiO3中超低激子結(jié)合能的（Eb < 3 meV）亞穩(wěn)態(tài)激子對的存在及各向異性分布特征，此特點在二十六面體SrTiO3中尤為顯著?；谝陨咸匦?，多面體SrTiO3對水溶液中的Co2+表現(xiàn)出優(yōu)異的光氧化性能（Co2+ → Co3+）。同時，多面體SrTiO3/金屬復(fù)合顆粒也可用于高效光解水制氫材料的制備。上述研究為基于多面體SrTiO3微納米晶體的高效光催化材料設(shè)計提供理論指導(dǎo)，為多面體SrTiO3的應(yīng)用提供新思路。

　　研究工作得到中科院過程工程研究所-優(yōu)美特光電新材料聯(lián)合實驗室項目、中科院光化學(xué)轉(zhuǎn)換與功能材料重點實驗室開放課題的支持。

（a）十八面體、（b）二十六面體、（c）中空籠狀SrTiO3的SEM照片，右側(cè)為研究成果被Small選作的卷首插畫

來源：過程工程研究所