激光诱导金属纳米点沉积揭示TiO2光催化中光强度依赖的吸附机制新范式

本研究针对光强度对液相半导体多相光催化中吸附机制影响的理论争议，通过高强激光诱导金属（Ag/Au/Pd）纳米点在TiO2锐钛矿表面的沉积实验，创新性提出类Eley-Rideal物理辅助吸附模型，成功实现不同光照强度、浓度与时间条件下数据的普适性归一化，为光催化表面反应机制甄别提供定量研究新策略。

　　

光强度在液相半导体多相光催化过程中扮演着关键角色，它不仅影响反应物在半导体表面的化学吸附（chemisorption）或物理吸附（physisorption），还直接调控后续光催化反应速率。尽管其重要性已被广泛认知，但光强度与吸附行为间的具体关系仍存在理论争议，亟需通过创新实验与模型进行机制解析。

为此，研究团队设计了两套分别运行于高强度和超高强度条件下的激光实验系统，以裸露的TiO₂锐钛矿纳米颗粒表面光沉积单一金属纳米点（银、金、钯）为模型体系，探究不同光强度下纳米点的生长行为。基于实验观测，研究者构建了三种理论模型：第一种沿用经典的强度依赖型 disrupted-Langmuir 吸附理论（通常关联于化学吸附）；第二种提出新型的类Eley-Rideal吸附机制（物理辅助吸附）；第三种则为混合模型。

实验结果表明，唯有类Eley-Rideal机制能够全面解释所有观测现象，并成功将不同曝光时间、反应物浓度和光强度下的数据统一归一到单一主模型中。这一发现表明，高强度激光实验可为区分吸附机制提供定量化研究手段。该建模框架具有普适性，可推广至其他光激发半导体表面的氧化还原反应，并能预测在固定光照下反应速率随反应物浓度的变化规律，为通过浓度调控甄别吸附机制提供了新思路。