学者揭示液相反应环境下光生电荷转移机制

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员范峰滔、中国科学院教授李灿等在光生电荷转移原点上取得了新的进展，完成了固体-液体界面双层紧密层电荷的定量测量，完成了光生电荷从固相空间电荷区到表面界面液相反应的全过程跟踪。研究表明，反应溶液环境对光生电荷的分离有重要影响。通过调节反应环境，团队完成了对反应过程中电荷转移的调节，揭示了光催化反应的更深层次机制。相关成果发表在《美国化学会志》上。

光生电荷转移机制示意图。大连化物供应图

如何高效分离光催化分解水反应过程中的光生电荷并到达表面参与反应是一个重要的科学问题。然而，光催化分解水反应通常发生在固定-液体界面，这不仅具有复杂的电荷环境，而且伴随着成键和断键过程，各种因素对表面反应速度有轻微影响。因此，反应环境对光生电荷分离和反应的影响不容忽视。常规的电荷显像方法只能测量气-固定界面的电荷，但由于电解质溶液对探针的静电屏蔽作用，很难用于液相电荷的研究。

针对这一困难，在这项工作中，研究小组利用探针的荷电效应，从探针的远程作用力中获得静电，将双层中的力场分布转化为电场分布，从而实现液下表面光电压的测量。结合表面光电压显微镜和扫描电化学显微镜，研究小组跟踪了单个BiVO4颗粒光生电荷从空间电荷区转移到生成物的过程。研究表明，固体-液体接触引导的表面电荷不仅产生了额外的驱动力，而且在中性电解质中将表面光电压从90毫伏反转到-25毫伏，从而导致表面电压力变化。这种限制。

这项研究有望为微纳尺度光催化反应电荷转移动力机制的深入研究奠定基础，为高效光催化剂的设计和优化反应条件提供重要指导。