中國科學技術大學合肥微尺度物質科學國家實驗室單分子科學研究團隊取得新進展，研究成果揭示了銳鈦礦二氧化鈦TiO2表面催化活性和微觀反應機理。

TiO2是太陽能轉化研究中的重要材料體系，其在光催化分解水制氫氣和人工光合作用等方面展現(xiàn)出迷人的前景，針對這一材料體系的研究成為國際上新能源材料研究領域中的熱點方向。尋找新的催化材料和高效的能量轉換機理是其中重要的科學問題。

TiO2的銳鈦礦相和晶紅石相是兩種得到廣泛研究的晶相。其中，晶紅石由于結構穩(wěn)定、易于單晶生長，過去的研究主要針對TiO2的晶紅石相。比較而言，銳鈦礦相的TiO2穩(wěn)定性低，直覺判斷其化學活性應該比晶紅石相高，有許多理論計算也支持這一觀念。特別是理論預言銳鈦礦TiO2(001)表面是所有晶面中活性最高的。近幾年，有大量的材料學家投入到合成富含(001)面的銳鈦礦TiO2納米晶，并研究其光催化性質，但實驗得到的光催化效率與理論預言存在很大的差異。

針對這一問題，王兵教授等采用脈沖激光沉積技術，制備了高質量的TiO2(001)再構單晶薄膜，利用掃描隧道顯微術（STM）微觀表征和原子操縱的方法，清晰地揭示出了該表面的結構和化學活性位點；結合趙瑾教授等的理論計算和分析，提出了新的表面結構模型，澄清了這一表面缺陷結構及化學活性位的長期爭論。該研究結果表明，銳鈦礦TiO2(001)再構表面表現(xiàn)為完全氧化的形式，糾正了過去關于該表面部分氧化的結構模型；+3價態(tài)的缺陷位是該表面活性位點。這一發(fā)現(xiàn)為進一步設計和提高TiO2的催化活性及研究光化學反應提供了極有價值的信息。