湖工大马新国/程正旺团队：拓扑半金属TiSi与等离子体Cu协同增强TiO2光电催化分解水性能

近日，湖北工业大学马新国、程正旺教授课题组联合陕西师范大学潘明虎教授、江汉大学刘继延教授、文达大学Fhulufhelo Nemangwele等，在光电催化分解水制氢材料研究中取得重要进展，相关成果以“Synergistic Effect of Topological Semimetal TiSi and Plasmonic Cu for Enhanced Photoelectrocatalytic Water Splitting of TiO2 Nanorod Array”为题发表在国际知名期刊《Inorganic Chemistry》上。今天小卓为大家分享该研究成果，希望对您的科学研究或工业应用带来一些灵感和启发。

开发高效、稳定的光电催化材料是实现太阳能驱动水分解制氢的关键。湖北工业大学等单位的研究团队结合磁控溅射与真空热蒸发技术，在TiO2纳米棒阵列上依次沉积拓扑半金属TiSi薄膜与等离子体Cu纳米颗粒，构建出TiO2/TiSi/Cu复合光阳极。该结构充分利用TiSi的拓扑线性能带结构作为电子的高速传输通道，协同 Cu的表面等离子体共振（SPR）效应，共同增强光吸收、促进载流子分离与传输、延长载流子寿命，进而显著提升可见光驱动下的光电催化分解水性能。在>420 nm可见光照射下，TiO2/TiSi/Cu光阳极的光电流密度达到纯TiO2的17.84倍，并表现出优异的循环稳定性。这些结果不仅为TiO2基光阳极的性能优化提供了新思路，也为拓扑材料在能源催化领域的应用拓展了新的方向。

Figure 1. TiO2/TiSi/Cu光阳极的制备方法、晶相和界面.

Figure 2. TiO2, TiO2/TiSi和TiO2/TiSi/Cu纳米柱阵列的表界面形貌和纳米柱尺寸分布.

Figure 3. 吸光特性、光电流与阻抗.

Figure 4. 稳态与瞬态荧光谱.

Figure 5. 可见光条件下的产氢性能与循环稳定性.

Figure 6. 接触前后的能级位置和载流子传输机制.

关于此文章的更多细节请点击以下原文链接：https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.5c00103

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本文中TiO2/TiSi发光测试使用卓立汉光公司的OmniFluo990稳态瞬态荧光光谱仪完成。OmniFluo990为模块化搭建结构，通过搭配不同的光源、检测器和各类附件，为紫外/可见/近红外发光测试提供综合解决方案，也为光电催化分解水制氢催化剂的研发提供有利工具。

作者简历

程正旺，男，湖北工业大学副教授，博士，硕士生导师，湖北省科学技术厅入库专家、高新技术企业评审专家。致力于芯片设计、低维材料与器件、薄膜生长、表面物化等方面的研究，在新型异质结构筑、晶圆级均匀电子薄膜制备、压电/光电/铁电性能提升、新型电路架构等方面取得系列原创性成果。主持和参与国家自然科学基金、湖北省重点研发计划等10余项。主持的企业委托项目涉及射频滤波器、载板改性和封装机理等。在Nature Communications、Nano Letters、Ceramics International等国际高水平期刊发表SCI论文60余篇，担任十余个学术期刊编委或审稿人。湖北省高端芯片创新发展研究会、湖北省量子信息科学学会、中国化学会、中国材料研究学会等多个学会会员。获湖北省自然科学二等奖（2024年）、科创中国·湖北科技经济融合优秀项目二等奖（2024年）、首届企校协同创新大赛半导体领域专项赛二等奖（2023年）。

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