2018年4月17日，《自然·催化》在线发表了华东理工大学胡培君/王海丰教授团队关于TiO₂光催化析氧方面的论文（Identifying the key obstacle in photocatalytic oxygen evolution on rutile TiO₂, Nature Catalysis, 2018, 1, 291–299, DOI: 10.1038/s41929-018-0055-z），论文定量分析了水/TiO₂(110)界面处OER反应的全过程，确定了表面光生空穴浓度是限制TiO₂光催化OER活性的关键因素。 

　　利用太阳能光催化分解水制氢是解决人类能源问题的重要途径，其中析氧半反应（oxygen evolution reaction, OER）是光解水反应中限制整体催化活性的瓶颈所在。人们通常认为，OER需要克服较高的反应能垒，而大多数光催化剂（如TiO₂）的本征催化活性不足，从而导致了OER较低的催化效率。理解OER反应的机理对合理设计催化剂体系，提升光催化剂性能具有重要的指导作用。但受OER反应的复杂性以及传统研究手段的局限性影响，过去的研究并没有完全弄清楚这些问题。 

　　作者选取最稳定的金红石TiO₂(110)表面作为模型催化剂体系，对于水/TiO₂界面发生的光催化OER各个基元步骤进行了详尽的第一性原理分子动力学模拟（AIMD）计算研究；通过系统性研究包括H₂O的解离、活性自由基的产生、O-O偶联等完整的OER反应路径，明确了自由基参与的双反应通道机理；结合微观动力学方法定量分析了光催化OER的全过程，揭示了实验条件下TiO₂的本征催化活性并不是限制OER效率的重要因素，而真正的决定性因素是成功迁移到达TiO₂表面的光生空穴的浓度。作者表示，这一结果表明在光生空穴浓度达到理论阈值（10^-4）之前，提升OER光催化效率的关键在于增大光生空穴的浓度，而非致力于降低反应能垒。 

　　（综合华东理工大学、研之成理公众号）