维度网讯， 美国耶鲁大学的研究团队近日开发出一种创新方法，能够在纳米尺度下实时观察光催化剂将水分解为氢气和氧气的过程。这项技术以约10纳米的精度，揭示了电子和空穴在材料中的动态移动，为太阳能燃料生产提供了关键洞察。

领导这项研究的化学与环境工程教授胡舒表示：“我们非常兴奋，因为这种方法让我们能够以真实感和分辨率的独特结合，观察光催化剂‘在行动中’。”该方法克服了该领域长期存在的限制，通过同时进行电流法和电位法测量，实现了对光电化学过程的高分辨率定量分析。

研究团队创建了一个包含“纳米尖端”的系统，这是一个纳米级石英尖端，中心有铂丝，用于在不损坏设备的情况下精确控制表面接触。胡舒指出，一个重大惊喜是能够测量光照下半导体材料的电压，而不仅仅是金属表面的电流。

这项研究以约10纳米的空间分辨率，解决了光催化反应中的空间变化问题。在Pt/Nb:TiO2系统中，它识别出相隔约150纳米的阴极和阳极位点，局部表面电位分别约为相对于Ag/AgCl的-0.53 V和+0.58 V。补充分析揭示了金属Pt和氧化Pt物种的共存，建立了与局部带边位置约1.5 eV差异一致的不对称表面能量学。

太阳能光催化在可持续能源生产中具有前景，但技术进步因缺乏对过程工作原理的了解而受阻。这项新方法可能有助于改进利用阳光生产清洁燃料和化学品的相关技术，为设计更好的太阳能燃料材料铺平道路。研究结果已发表在《美国国家科学院院刊》上。

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