用飞秒脉冲激光辐照二氧化钛及其表面吸附的染料，并从染料分子转移到二氧化钛表面，科学家观察到去质子化染料的荧光。图片来源：J. Phys. Chem.

  光催化剂是水裂解制氢的重要步骤。日本信州大学和美国佐治亚理工学院的科学家一直致力于改进2020年发表的一项钛表面研究。相关成果近日发表于《物理化学杂志C》。

  在紫外光照射下，二氧化钛光催化剂的表面亲水性得到了改善。长期以来，科学家预测，二氧化钛光催化剂表面会生成碱性的表面羟基，后者可能是光诱导亲水性的起源。然而，光诱导的表面羟基数量较少，难以用常规方法观察。且二氧化钛表面化学状态的时间变化不能通过常规的FTIR或拉曼光谱等方法观察到。因此，信州大学教授Hiromasa Nishikiori领导的团队，通过时间分辨荧光光谱法观察了这个反应。

  研究小组注意到，荧光素在“激发态”中的单阴离子转变为二阴离子（去质子化的物质），在紫外线照射下，质子从荧光素染料转移到二氧化钛表面，这是以前尚未通过瞬态吸收光谱确定的现象。

  荧光素是一种对光和酸碱度敏感的有机染料，作为探针分子吸附在二氧化钛表面。该团队使用飞秒脉冲激光的时间分辨表面等离子体共振（SPR）光谱，可以间接观察到质子从染料到二氧化钛表面的转移过程，并证实了碱性羟基的形成。

  通过紫外辐照时间的观察，研究人员发现，二氧化钛表面的羟基接受了荧光素单阴离子的质子，导致表面碱性增强。利用对光和酸碱度敏感的有机染料进行时间分辨荧光探针观察是一种非常有效的方法，可在很短时间内观察固体表面发生的小的光诱导行为（质子转移过程）。

  通过建立SPR光谱法，研究者成功观察了荧光素的二阴离子和一阴离子的比值。Nishikiori希望利用这种简单的方法，研究人员能够观察和评估光催化的活性，最终推动光催化水裂解制氢研究。