具有可調(diào)活性表面的有序超薄納米線陣列盡管在光電子學領(lǐng)域具有吸引力，但其精確合成至今仍具有挑戰(zhàn)性。具體而言，因為現(xiàn)有方法的綜合限制，對凹壁的形狀、大小和分布的精確控制仍然困難，導致對催化劑電荷動力學的潛在機制仍未被探究清楚。近日，趙東元院士和復旦大學李偉等首次采用獨特的單膠束定向組裝方法合成了排列整齊的亞10 nm超薄TiO₂納米線陣列。

對于TiO₂納米線陣列，并排生長的納米線直徑為8 nm，相鄰距離為10 nm，并垂直排列(厚度為800 nm)，表面積為102 m² g^-1；波紋結(jié)構(gòu)由碗狀凹形結(jié)構(gòu)(直徑5 nm)組成，沿超薄納米線的軸線緊密排列。

更重要的是，通過簡單地改變反應時間，可以很好地控制凹形結(jié)構(gòu)的直徑(2 ~ 5 nm)，這種獨特結(jié)構(gòu)分別為電荷分離和傳輸提供了極短的徑向距離和直接軸向通道。

更重要的是，由于具有可調(diào)性的軸向排列的凹形結(jié)構(gòu)，這種壁可以通過誘導大帶彎曲和加速表面反應動力學來大大激活空穴收集，這意味著超薄波紋TiO₂納米線陣列同時實現(xiàn)了高效的電荷分離、電子和空穴傳輸，最終實現(xiàn)了表面空穴活化。

因此，該陣列具有優(yōu)異的電荷動態(tài)特性，即使在0.41 V_RHE的極低電位下，也能獲得高的偏置光子電流效率(1.4%)；在1.23 V_RHE下，光電流高達1.96 mA cm^-2。該項工作對凹壁電荷動力學的探究和單膠束導向的精確合成為按需設(shè)計和制備具有優(yōu)化空間組織和目標功能的光電材料提供了指導。

Sub-10 nm Corrugated TiO₂ Nanowire Arrays by Monomicelle-Directed Assembly for Efficient Hole Extraction. Journal of the American Chemical Society, 2022. DOI: 10.1021/jacs.2c10395