采用溅射金助催化剂的介孔黑色二氧化钛阵列，具有高效电荷分离和高析氢活性

摘要： 光生载流子的分离与转移是高性能TiO?光催化剂设计中的关键问题。为克服动力学限制并实现快速电荷转移，TiO?基多元催化剂已被广泛研究。在所有TiO?载体中，具有宽可见光吸收谱和氧空位的黑色TiO?（BT）表现突出，但仍存在量子效率低的问题。同时，传统负载方法对助催化剂分布的精准控制不足也严重制约了光催化效率。本研究采用快速简便的金属磁控溅射法，在通过原位电化学阳极氧化技术在钛膜上制备的介孔TiO?-BT纳米管阵列顶部均匀沉积金纳米颗粒助催化剂。这种具有高度均匀分布金助催化剂的限域等离子体光催化剂展现出显著增强的电荷分离与转移行为，其光催化产氢活性较常规TiO?纳米管提升达10倍。我们提出TiO?-BT-Au电子转移级联结构：黑色TiO?作为TiO?导带电子的缓冲层，使高效光生电子能定向转移至金纳米颗粒，继而进入适合产氢的TiO?孔道。由于纳米管壁本身向上弯曲，短扩散路径使电子易于转移至助催化剂区域，从而有效抑制光生电子对的复合。这种贵金属助催化剂固定的磁控溅射技术及独特的TiO?-BT-Au电子转移体系具有广阔应用前景，可推广至其他负载型催化剂的设计。