突破认知：揭示 UVC 对 TiO2的深度影响，为材料研究开启新篇

研究人员为明确 UVC 照射 TiO2的穿透深度，开展相关研究，发现 UVC 可穿透数百微米，影响深远。

　　在材料科学领域，金属氧化物（MOs）有着极为广泛的应用，就拿二氧化钛（TiO₂）来说，它在太阳能、电池、传感器以及生物医学等多个方面都发挥着重要作用。TiO₂之所以备受青睐，很大程度是因为它成本相对较低，而且能在不改变理想特性的前提下对自身性质进行调整。在众多影响 TiO₂性质的因素中，紫外线（UV）照射扮演着关键角色。尤其是高能紫外线（UVC）照射 TiO₂时，会引发光诱导表面氧空位（PI-SOVs）的产生，这不仅改变了 TiO₂表面的化学计量比和化学反应，还对其电子和化学性质产生影响。

然而，长期以来，科学界对 UVC 照射 TiO₂时的穿透深度一直存在争议。不同研究给出的穿透深度范围差异巨大，从 10 - 30 纳米到微米级别都有。这种不确定性就像迷雾一样，严重阻碍了人们对 UVC 与样品相互作用的深入理解，也给以 TiO₂为基础的样品系统设计和应用带来诸多困难，比如影响电子转移效率、降低 UV 防护性能等。为了驱散这团迷雾，来自加拿大魁北克大学高等技术学院（école de technologie supérieure, University of Quebec）和英属哥伦比亚大学（University of British Columbia）的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Communications Chemistry》上。

在这项研究中，研究人员采用了两种关键技术方法。一是光学传输测量，他们通过对不同厚度的 TiO₂样品进行 UVC 背照，来测定 UVC 的穿透情况；二是时间分辨原子力显微镜（TR-AFM）测量，利用该技术量化 UVC 照射对 TiO₂电荷载流子动力学的影响。

研究结果方面：

1. UVC 穿透深度：光学传输测量结果显示，虽然近 99% 的入射 UVC 在最初的几十纳米内被吸收，但仍有大约 1% 的 UVC 能穿透 500μm 厚的 TiO₂单晶，而且穿透深度可达数百微米。同时，研究还发现 UVC 的光学传输与光照密度呈反比关系，随着光照密度增加，UVC 的传输减少，这主要是因为 UVC 照射产生的 PI-SOVs 引入了中间带隙态，从而增强了对 UVC 的吸收。
2. 电荷载流子动力学：通过 TR-AFM 测量发现，UVC 照射对 TiO₂的电荷载流子动力学有着显著影响。随着 UVC 照射密度的增加，与电荷载流子迁移相关的时间常数 τ* 会减小，这意味着电荷载流子的迁移速度和迁移率降低，而这与 PI-SOVs 浓度的增加有关。此外，随着 UVC 照度的增加，β 值明显下降，表明电荷载流子在 PI-SOVs 密度增加时，运动的集体性增强。研究人员还对实验结果的可重复性进行了验证，在两周内对不同样品区域进行多次测量，结果表明实验结果可靠，确实是 UVC 照射导致了这些变化。而且，对比 46nm 厚的多晶 TiO₂薄膜和单晶 TiO₂样品发现，多晶薄膜的 τ* 值明显更小，这可能与薄膜的晶粒尺寸、取向和多晶程度有关。

研究结论和讨论部分，研究人员通过光学传输和 TR-AFM 测量，明确了 UVC 对 TiO₂的穿透深度以及对电荷载流子动力学的影响。这一研究成果意义重大，不仅加深了人们对 UVC 与 MOs 相互作用的基础理解，也为以 TiO₂为电子转移层或 UV 保护层的样品系统设计提供了关键依据。不过，目前对于 PI-SOVs 在样品中的扩散机制以及其他因素对电荷载流子动力学的影响，仍有待进一步研究。未来，随着研究的深入，有望在材料科学领域取得更多突破，推动相关技术的发展和应用。