Почему анатаз лучше фотокатализатор, чем рутил? Модельные исследования эпитаксиальных пленок TiO2

Прототипичный фотокатализатор TiO2 существует в разных полиморфных формах; наиболее распространёнными являются кристаллические структуры анатаза и рутила. Как правило, анатаз более активен, чем рутил, но единого мнения о причинах этого различия нет. В данной работе мы показываем, что к этому вносит вклад транспорт экситонов по объёму к поверхности. Используя высококачественные эпитаксиальные пленки TiO2 обоих полиморфов, мы оцениваем фотоактивность в зависимости от толщины пленки TiO2. Для анатаза активность возрастает для пленок толщиной до ~5 нм, тогда как пленки рутила достигают максимальной активности уже при толщине ~2,5 нм. Это указывает на то, что носители заряда, возбуждённые глубже в объёме, в большей степени участвуют в поверхностных реакциях в анатазе, чем в рутила. Кроме того, мы измеряем зависимость активности от ориентации поверхности на монокристаллах рутила. Явно выраженная ориентационно-зависимая активность также коррелирует с анизотропной подвижностью носителей заряда в объёме, что указывает на общее значение диффузии носителей заряда в объяснении фотокаталитических анизотропий.