近期，我校侯清玉教授团队在新型2D TiO₂光电催化性能的研究中取得新进展。研究发现，2D Ti₂₄O₄₆N (V_o⁰）是一种新型的光电催化剂。

图1 论文期刊和题目

纯的体相锐钛矿TiO₂利用太阳光较低，量子效率低且寿命短，电催化解离水析氧和析氢效率低。二维锐钛矿TiO₂(001）表面对光电催化有一定的优势。因此，侯清玉教授课题组用第一性原理GGA+U的方法，研究了不同价态Vo和N掺杂共存对TiO₂(001）表面体系的光电催化性能的影响。首先，研究发现， 2D-Ti₂₄O₄₆N (V_o⁰）体系稳定性高，功函数低，载流子活性好，电子－空穴寿命长，红移好，氧化能力强（图2所示）。2D-Ti₂₄O₄₆N (V^o₀）体系光催化分解水析氧最有利。

图2 带边位置分布

电催化结果表明，氢自由能相对最小，有利于分解水析氢反应。析氧反应过电位接近零，四个电子反应过程均为下坡，有利于析氧反应分解水制氧。电催化H的自由能和O的自由能分别如图3a、3b所示。2D-Ti₂₄O₄₆N (V_o⁰）体系是理想的新型电催化剂候选者之一。本研究收到审稿专家的高度评价和认可。

图3 (a)H的自由能分布; (b)O的自由能分布

本研究以Effects of Oxygen Vacancies with Different Valence States on the Photo(electro)catalytic Performance of a 2D TiO₂ :N (001) System为主题，于5月24日在线发表于《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》（一区，IF：8.4）上。论文通讯作者为内蒙古工业大学材料科学与工程学院侯清玉教授。材料科学与工程学院2019级博士生王文星为文章的第一作者，内蒙古工业大学材料科学与工程学院为论文第一完成单位。

论文链接：doi.org/10.1021/acssuschemeng.4c

图4 侯清玉教授团队（第二排左三为侯清玉教授，第一排左二为文章第一作者王文星

文字、图片：材料科学与工程学院