4月7日，中国科学院金属研究所在《Journal of the American Chemical Society》上发表题为“Spontaneous exciton dissociation in Sc-doped rutile TiO2 for photocatalytic
overall water splitting with an apparent quantum yield of 30%”的论文，报道Sc掺杂金红石型TiO2实现激子自发解离助力光催化全分解水，表观量子产率达30%。
利用地球丰产材料（如TiO2）在常温条件下实现高效光催化全分解水是可再生能源领域的重要目标。然而，由于颗粒光催化剂中普遍存在的深层缺陷及缺乏强驱动力，光生电荷分离效率受限，该目标仍具挑战性。
研究人员开发了一种钪（Sc）掺杂金红石型TiO2，通过结构设计同时实现了有害Ti3+缺陷的完全钝化及(101)/(110)晶面结构筑的强内建电场。Sc3+掺杂使激子结合能降至8.2 meV（未掺杂时为28.6 meV），远低于室温热涨落能，表明激子可自发解离。这些特性促使光生电子与空穴分别选择性迁移至(110)和(101)晶面。负载助催化剂后，该Sc掺杂TiO2在360 nm光照射下实现光催化全分解水，表观量子产率达30.3%，太阳能-氢能转换效率为0.34%，创下常温条件下TiO2基光催化剂的最高性能记录。
