用飛秒脈衝鐳射輻照二氧化鈦及其表面吸附的染料，並從染料分子轉移到二氧化鈦表面，科學家觀察到去質子化染料的熒光。圖片來源：J. Phys. Chem.
光催化劑是水裂解制氫的重要步驟。日本信州大學和美國佐治亞理工學院的科學家一直致力於改進2020年發表的一項鈦表面研究。相關成果近日發表於《物理化學雜誌C》。
在紫外光照射下，二氧化鈦光催化劑的表面親水性得到了改善。長期以來，科學家預測，二氧化鈦光催化劑表面會生成鹼性的表面羥基，後者可能是光誘導親水性的起源。然而，光誘導的表面羥基數量較少，難以用常規方法觀察。且二氧化鈦表面化學狀態的時間變化不能透過常規的FTIR或拉曼光譜等方法觀察到。因此，信州大學教授Hiromasa Nishikiori領導的團隊，透過時間分辨熒光光譜法觀察了這個反應。
研究小組注意到，熒光素在“激發態”中的單陰離子轉變為二陰離子（去質子化的物質），在紫外線照射下，質子從熒光素染料轉移到二氧化鈦表面，這是以前尚未透過瞬態吸收光譜確定的現象。
熒光素是一種對光和酸鹼度敏感的有機染料，作為探針分子吸附在二氧化鈦表面。該團隊使用飛秒脈衝鐳射的時間分辨表面等離子體共振（SPR）光譜，可以間接觀察到質子從染料到二氧化鈦表面的轉移過程，並證實了鹼性羥基的形成。
透過紫外輻照時間的觀察，研究人員發現，二氧化鈦表面的羥基接受了熒光素單陰離子的質子，導致表面鹼性增強。利用對光和酸鹼度敏感的有機染料進行時間分辨熒光探針觀察是一種非常有效的方法，可在很短時間內觀察固體表面發生的小的光誘導行為（質子轉移過程）。
透過建立SPR光譜法，研究者成功觀察了熒光素的二陰離子和一陰離子的比值。Nishikiori希望利用這種簡單的方法，研究人員能夠觀察和評估光催化的活性，最終推動光催化水裂解制氫研究。 （晉楠）
