氮掺杂氧空位TiO₂量子点

可见光析氢速率189

低温水热法制备的N掺杂TiO₂量子点表面带负电避免团聚，完全利用太阳光谱，光催化析氢性能远超商业TiO₂。

Pan, Ziwei · Xi, Zhu · Liu, Yuxin · 杨龙 · Jiao, Mingyang · 康帅 · Luo, Jinling · Fu, Xie · 陆文强

Small 2024

参数信息

带隙

2.5 eV

全光谱析氢速率

2757 µmol g⁻¹ h⁻¹

可见光析氢速率

189 µmol g⁻¹ h⁻¹

析氢自由能

-0.35 V

技术优势

全光谱吸收

带隙从块体TiO₂的3.2 eV降至2.5 eV，可将光吸收拓展至800 nm，覆盖整个太阳光谱，从而提升光能利用率。

表面带负电不团聚

制备过程中原位积累的负电荷产生静电排斥，使量子点保持良好分散，避免了团聚导致的性能下降。

析氢活性大幅提升

在全光谱下析氢速率达到2757 µmol g⁻¹ h⁻¹，是商业TiO₂的41.6倍；可见光下也达到189 µmol g⁻¹ h⁻¹，显示出优异的太阳能制氢潜力。

热力学更有利

析氢反应的自由能变化为−0.35 V，明显优于块体TiO₂的0.66 V，表明反应在热力学上更易于进行。

应用场景

• 光催化水分解：利用全太阳光谱分解水制氢，无需外加偏压或牺牲剂。
• 析氢催化剂：以N掺杂TiO₂量子点为高效析氢催化剂，可替代贵金属铂。
• 量子点光催化：量子点尺寸效应调控带隙，增强光吸收和电荷分离。
• 太阳能制氢：在可见光下直接利用太阳能产氢，实现碳零能源供应。