半导体光催化剂的表面活性位点是决定材料能量转换效率的关键因素。然而，受限于当前表征手段，直接观测这些活性位点并理解单个催化剂颗粒上光生电子/空穴的动力学一直是研究难点。针对这一问题，中科院城市污染物转化重点实验室俞汉青教授和大阪大学Tetsuro Majima等人合作，利用准全内反射荧光显微镜和激光扫描共聚焦显微镜从单分子水平上识别光催化活性位点，成功在单个TiO₂颗粒上观测了光生电子-空穴的动力学。实验结果和密度泛函理论计算表明，在高度暴露（001）和（101）面的锐钛矿TiO₂纳米粒子中，空穴和电子倾向于在相同的表面位置（晶体的边缘/角落）聚集并发生反应。上述观察结果充分证实了TiO₂晶面结（即边缘角）的存在；揭示了光催化活性位点的性质，并提供了一种设计合成高活性光催化材料的新策略。

Wei-Kang Wang, Jie-Jie Chen, Zai-Zhu Lou, Sooyeon Kim, Mamoru Fujitsuka, Han-Qing Yu, and Tetsuro Majima. 

Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2019.

Doi：10.1073/pnas.1907122116

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