金泽大学
图1
通过扫描电化学细胞显微镜(SECCM)进行局部分析
通过使用纳米移液管测量TiO2纳米管阵列的顶部和侧面的光电化学响应
鸣谢:金泽大学高桥分校 在最近发表在ACS Catalysis杂志上的一项研究中，来自金泽大学的研究人员描述了新的扫描电化学细胞显微镜测量方法，以确定二氧化钛纳米管中光电化学活性的位置
半导体设备利用光能产生其他类型的能量:电能或化学能
这项技术的一个应用是从水中生产氢分子——在一个被称为光电化学(PEC)水分解的过程中——作为一种可再生能源
光电解电池包括半导体电极，其中当用能量高于某一阈值的光照射时，空穴和电子在空间上分离
电荷的流动引发了PEC反应
二氧化钛纳米管(TiO2)是广泛用于此目的的半导体
然而，二氧化钛管表面的电荷流分布并不清楚
现在，金泽大学的Marina Makarova和他在日本和欧洲的同事，使用了一种叫做扫描电化学细胞显微镜(SECCM)的创新技术来识别这种分布
为了首先测量PEC水分解的成功，测量了氧(伴随氢的反应产物)的释放
它的产生还通过添加到电池中的铅(II)离子来表征，因此发现氧化铅(IV)颗粒沉积在TiO2纳米管的壁和顶部，表明在这两个位置具有相似的电化学反应性
然后，研究小组利用SECCM来阐明不同电极电位下两个部位的光反应
图2
二氧化钛纳米管阵列的三维形貌图像和局部光电流响应
灯管顶部和侧面的光电流值没有显著差异
鸣谢:金泽大学高桥分校 SECCM包括使用窄尖的移液管探针来测量特定位置的电变化
这个探针充满了一种叫做电解液的导电液体，它位于两个带电电极之间
一个电极浸入电解液中，而第二个电极连接到样品表面
垂直于和平行于管的长度进行测量，以分别确定壁和顶部的反应性差异
现在，自由电子通常沿着纳米管的长度向电池内的正极移动
当这些电子离域并跳到导电带时，它们会留下“空穴”,这些空穴只不过是可以移动的正电荷袋
SECCM的结果显示，沿着纳米管的壁和顶部存在类似的电活动
由于顶部的活动可以优先归因于电子的运动，这表明空穴反而穿越较短的距离，并垂直于管长度向壁移动
这种沿垂直于管长度方向的流动解释了为什么在管壁上也发现PbO2沉积
“这一信息可以用来建立光电流和1D纳米结构微观结构之间的进一步联系，并利用助催化剂或可见光响应敏化剂进行特定位置的装饰，”研究小组说
理解电化学活动的空间模式对于设计高效和成本有效的光伏电池是重要的
此外，氧化物沉积和SECCM的结合可能是识别活性位点的最灵敏的工具
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