形貌or电子作用：光催化中的活性vs选择性
前言：
感觉有很长时间没有分享过J. Catal.上面的文章了，今天简单地来分享一篇J. Catal.上关于光催化的文献（J. Catal. 2016, 344, 221–228），文章的题目：Activity versus selectivity in photocatalysis: Morphological or electronic properties tipping the scale.选这篇文章的目的不是因为文章的topic或者研究手段有多新，只是学习下踏踏实实地做简简单单的科研的这种心态。
1. 这篇文章用的是什么催化剂？做了什么反应？研究的重点是什么？
催化剂：普通得不能再普通的商业化TiO2（P25, P90, PC500）
光催化反应：简单得不能再简单的硬脂酸降解。
研究重点：TiO2自清洁应用中结构与催化活性/选择性的内在联系
2. 文章用了哪些简单的表征手段来替代那些复杂昂贵的仪器？
A. 如果要分析半导体的表面缺陷位，你会想到什么表征手段？
ESR当然可以，但如果没有怎么办？这篇文章中介绍了一种更简单的：电子滴定法
仔细说来，其实原理也很简单：脱气的溶剂中，有空穴牺牲剂存在的情况下，TiO2粉末在光照下表面能够富集电子（Ti4+变成Ti3+，表面Ti3+富集的样品呈现灰蓝色，如上图a左所示），而采用硫堇（TH）作为电子受体，可以滴定TiO2表面的电子(TH由蓝色变为无色)，进而定量地知道表面富集的电子浓度。
滴定原理：
实验结果表明：表面富集的电子PC500>P90>P25,而表面电子的富集是由于TiO2中缺陷位所引起的，这些缺陷位通常是电子空穴的复合位点，因此，从电子结构的角度来说，P25优于P90和PC500.
B.半导体中形成的载流子量如何表征？
时间分辨的微波传导技术（TRMC）,不知道这个常不常见，反正我没见过。而这篇文章介绍了一种较为常见的：表面光伏谱(Surface photovoltage)
SPV的基本原理也很简单，如下图所示：
当半导体受光照激发时，产生光生电子和空穴，由于两者迁移方向不同，形成了光生电场，导致内建电场的改变，进而影响其势垒的变化。光照前后势垒的变化量即为SPV信号，而载流子的量与SPV信号直接相关。
从上图可以看出，SPV信号强度为P25>P90>PC500,说明在P25上形成的载流子数目最多，也吻合电子滴定的结果（复合的载流子少）。从电子结构的角度来分析，P25是比较优异的光催化材料。
而从催化剂的比表面积来看，PC500>P90>P25
备注：这里并不是说这些方法都是本文提出来的，不过文章恰巧利用到了这些方法，因此罗列在这里，供有需要的朋友学习。
3. 光催化结果与形貌以及电子结构之间的关系
最后作者研究了硬脂酸在TiO2上的光催化降解，采用原位红外进行测试（上图所示），结果表明P25上所降解的SA最少，PC500降解SA最多。光催化活性的高低与其形貌（颗粒尺寸，主要是比表面积）一致。
而降解所生成的CO2的选择性，则恰好相反（下图所示），P25>P90>PC500. 其选择性与TiO2的电子结构一致.
简单点评：这篇文章属于那种非常平淡的基础研究，而我也绝对相信有很多人不喜欢这种类型的研究。不过，我觉得科研中breakthrough总是少的，而发现一些现象，能够利用一些简单的手段来推动一些基础认识，绝对是科研中最常见最普遍的。我不知道大家如何看待科研，我总觉得科研中平淡如水的时光总是多于波澜壮阔的日子。所以，踏踏实实地做简简单单的科研也是必备的一种心态。欢迎大家批评指正！
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