TiO 2 Anatase with a Bandgap in the Visible Region

作者
Christian Dette,Miguel A. Pérez‐Osorio,Christopher S. Kley,Paul Punke,Christopher E. Patrick,Peter Jacobson,Feliciano Giustino,Soon Jung Jung,Klaus Kern
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:14 (11): 6533-6538 被引量:710
标识
DOI:10.1021/nl503131s
摘要

TiO2 anatase plays a central role in energy and environmental research. A major bottleneck toward developing artificial photosynthesis with TiO2 is that it only absorbs ultraviolet light, owing to its large bandgap of 3.2 eV. If one could reduce the bandgap of anatase to the visible region, TiO2-based photocatalysis could become a competitive clean energy source. Here, using scanning tunneling microscopy and spectroscopy in conjunction with density functional theory calculations, we report the discovery of a highly reactive titanium-terminated anatase surface with a reduced bandgap of less than 2 eV, stretching into the red portion of the solar spectrum. By tuning the surface preparation conditions, we can reversibly switch between the standard anatase surface and the newly discovered low bandgap surface phase. The identification of a TiO2 anatase surface phase with a bandgap in the visible and high chemical reactivity has important implications for solar energy conversion, photocatalysis, and artificial photosynthesis.

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