新方法可觀察評估光催化活性，有助于水裂解制氫

　　用飛秒脈沖激光輻照二氧化鈦及其表面吸附的染料，從染料分子轉移到二氧化鈦表面，觀察到去質子化染料的熒光。圖片來源：J. Phys. Chem. C. 2021 American Chemical Society.

　　光催化劑是水裂解制氫的重要組成部分。日本信州大學和佐治亞理工學院的科學家致力于改進2020年發表的一項鈦表面研究。先關研究近日發表于《物理化學雜志C》。

　　在紫外光的照射下，二氧化鈦光催化劑的表面親水性得到了改善。長期以來科學家預測，在紫外光照射下，二氧化鈦光催化劑表面會生成堿性的表面羥基，這可能是光誘導親水性的起源。然而，光誘導的表面羥基數量較少，難以用常規方法的靈敏度進行觀察。

　　在紫外光照射下，二氧化鈦表面化學狀態的時間變化不能通過常規的FTIR或拉曼光譜等常規方法觀察到。因此，信州大學教授Hiromasa Nishikiori領導的團隊通過時間分辨熒光光譜法觀察了這個反應。

　　研究小組注意到熒光素在“激發態”中的單陰離子轉變為二陰離子（去質子化的物質），在紫外線照射下，質子從熒光素染料轉移到二氧化鈦表面，這是以前尚未通過瞬態吸收光譜確定的。

　　熒光素是一種對光和酸堿度敏感的有機染料，吸附在二氧化鈦表面作為探針分子。該團隊使用飛秒脈沖激光的時間分辨表面等離子體共振（SPR）光譜，可以間接觀察到質子從染料到二氧化鈦表面的轉移過程，并證實了堿性羥基的形成。

　　當鈦表面和吸附在其表面的染料被紫外光照射時，染料分子的激發態發生質子轉移到鈦表面，并產生堿性羥基，從去質子化染料的激發態觀察到熒光。圖片來源：J. Phys. Chem. C. 2021 American Chemical Society.

　　通過紫外輻照時間的觀察發現，二氧化鈦表面的羥基接受了熒光素單陰離子的質子，表面堿性增強。利用對光和酸堿度敏感的有機染料進行時間分辨熒光探針觀察是一種非常有效的方法，可在很短的時間內觀察固體表面發生的小的光誘導行為（質子轉移過程）。

　　通過建立SPR光譜法，研究者成功地觀察了熒光素的二陰離子和一陰離子的比值。Nishikiori希望通過建立這種簡單的方法，使研究人員能夠觀察和評估光催化的活性，推動光催化水裂解制氫的研究。

　　相關論文信息：

　　Hiromasa Nishikiori et al, Observation of Excited State Proton Transfer between the Titania Surface and Dye Molecule by Time-Resolved Fluorescence Spectroscopy, The Journal of Physical Chemistry C (2021). DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c05843