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TiO2是太阳能转化研究中的重要材料,其在光催化分解水制氢气和人工光合作用等方面展现出广阔的前景,研究人员针对这一材料体系开展了大量的研究工作,这其中探寻TiO2材料的能量转换机理是研究热点之一.通常情况下,TiO2有三种晶形：金红石,锐钛矿和板钛矿,其中锐钛矿的催化活性相对较高,研究较多.同时,研究者发现,晶体在生长时会暴露不同的晶面,这些晶面有着不同的表面能,而此表面能直接与其催化活性相关.TiO2常见的暴露面有{001},{101}和{010}面,其表面能分别为：0.90 J/m2,0.44 J/m2,0.53J/m2.通常来说,晶体的暴露面能量越高,其活性越大,而在晶体的生长过程中,总是能量高的暴露面逐渐被能量低的暴露面所替代,例如在普通的锐钛型TiO2中,高活性的{001}面只占总暴露面的6％.因此,合成暴露高表面能的TiO2也是提高其催化反应活性的一条新的途径.近年来,突破性的进展由GaoQing Lu课题组取得,他们通过量子化学计算发现,F-能够降低{001}的表面能.据此,他们利用TiF4作为前驱体,借助水热法,首次合成了{001}面暴露47％的TiO2纳米晶,发现这种TiO2表现出很高的光催化活性[1].本课题组在上述工作的基础上,利用不同阴离子调控,得到了分别暴露不同晶面和不同晶型TiO2纳米晶(合成机理如图1 所示).光催化还原硝基苯和光催化氧化苯甲醇的反应结果表明,TiO2的晶型和暴露晶面均会影响其活性[2].首先,锐钛型TiO2在光催化氧化以及光催化还原反应中均有较好的表现(图2).另一方面,具有不同暴露晶面的锐钛矿型TiO2在光催化还原反应中具有不同的活性(图2a),其顺序为{101}＞{001}＞{100},而其在光催化氧化反应中(图2b),各锐钛晶面的活性相当.结合相应表征结果,我们认为这种反应活性的不同主要是源于具有不同暴露晶面锐钛型TiO2的表面结构和能带结构差异.此外,我们把合成出具有不同暴露晶面的TiO2纳米晶与Graphane复合,用于光解水制H2[3]；或者在其不同晶面上沉积Au纳米颗粒,用于富H2条件下的CO氧化反应[4].表征结果均表明,催化剂的催化性能和TiO2暴露晶面有密切的关系.