Abstrakt
Die exponierten aktiven Zentren von Halbleiterkatalysatoren sind entscheidend für die Effizienz der photokatalytischen Energieumwandlung. Hier setzten wir Quasi-Totalreflexionsfluoreszenzmikroskopie und Laser-Scanning-Konfokalmikroskopie ein, um die photokatalytisch aktiven Zentren auf Einzelmolekülebene zu identifizieren und die Dynamik der photogenerierten Loch-Elektronen-Paare auf einem einzelnen TiO₂-Partikel zu visualisieren. Die experimentellen Ergebnisse und Dichtefunktionaltheorie-Berechnungen zeigen, dass Löcher und Elektronen aufgrund der exponierten (001)- und (101)-Flächen von TiO₂ bevorzugt dieselben Oberflächenstellen, d. h. Kristallkanten und -ecken, erreichen und dort reagieren. Diese Erkenntnisse liefern Einblicke in die Natur der photokatalytisch aktiven Zentren und implizieren eine aktivitätsbasierte Strategie für das gezielte Design von Katalysatoren zur Verbesserung der Photokatalyse, die auch auf andere Katalysatormaterialien anwendbar ist.
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