成都理工大学陈善华团队的创新突破：拓扑绝缘体Bi2Te3驱动的高效TiO2光催化氢制备
科研人员们巧妙运用拓扑绝缘体Bi2Te3的独特特性，作为催化剂的卓越辅助，通过平面波赝势法（PW-PP）等尖端计算手段，深入剖析了Bi2Te3如何提升TiO2在光催化制氢过程中的性能。他们精心构建了Bi2Te3/TiO2异质结模型，其中III型结构（1QL、2QL和3QL模型的形成能分别为-98.7、-106.4和-113.8 eV，以2.2 Å的层间距展现最佳稳定性）脱颖而出。
精确计算与分析
研究过程中，团队采用50 Ryd的平面波截断能，Monkhorst-Pack网格进行k点模拟，结合BFGS算法优化原子结构。他们利用PBE+GGA+U以及HSE06泛函，揭示了异质结的结构稳定性、电子性质，包括界面能及电子局域化函数(ELF)的深入洞察。
关键发现
这些发现表明，Bi2Te3/TiO2异质结构能够显著增强TiO2的光催化反应性能，尤其是在氢气产生过程中。
激发与转移机制
光激发促使Bi2Te3价带的电子跃迁至导带，尤其在0.97 eV的峰值区，光生载流子在0~1.02 eV的光响应范围内，虽然局部态密度较低，但仍具备催化活性（图5a和图5b）。
图6清晰展示了一幅光催化产氢的动态画面：光生电子在TiO2和Bi2Te3之间高效转移，最终导向Bi2Te3导带峰的高效反应（图6）。
电场与催化效率的影响
异质结功函数、能带偏移以及外部电场对电子转移过程具有显著影响（图7），共同优化了催化效率。
比较不同表面的氢吸附自由能，Bi2Te3/TiO2表现出卓越的催化活性，Te原子带来的新活性位点对氢的吸附至关重要（图8和图9）。
总结与前景
通过HSE06杂化泛函的精细调控，Bi2Te3作为TiO2的助催化剂，显著优化了异质结性能，为提高TiO2在光催化领域的实际应用提供了革命性的策略。这一成果为未来的绿色能源生产铺平了道路，有望推动氢能源技术的发展。（引用文献：Yu et al., 2024, Surface Science, 739, 122401. DOI: 10.1016/j.susc.2023.122401）