二氧化鈦作為(wei) 重要的新能源和環境保護材料，在光催化、太陽能發電、太陽能集熱等方麵被廣泛應用。然而，二氧化鈦的太陽能利用麵臨(lin) 巨大的挑戰，主要原因在於(yu) 光吸收範圍窄、電子-空穴對的分離效率低。二氧化鈦隻能吸收太陽光譜中~5%的紫外光，而無法利用可見光和近紅外光的能量;本征電導率隻有~10-10 S/cm，不利於(yu) 光生電子-空穴對的分離和傳(chuan) 輸。這些問題嚴(yan) 重影響了二氧化鈦在能源與(yu) 環境領域的廣泛應用，無法充分利用太陽能。

　　最近，中國科學院上海矽酸鹽研究所與(yu) 北京大學化學學院開展了合作研究，黃富強、汪宙、楊重寅、林天全等科研人員原創地發展出多種新型製備方法(氫等離子法、鋁還原法、二步非金屬摻雜法)，大幅提高了太陽光譜中可見光和近紅外光的吸收，效果明顯。這些最新發現的黑色二氧化鈦納米晶，不同於(yu) 高溫氫氣還原的黑色氧化鈦，為(wei) 一種核殼結構，核區仍為(wei) 結晶的二氧化鈦，外殼為(wei) 無定型的結構，其中無序的外殼是使白色二氧化鈦變成黑色的功能區域，無序的外殼包含氧空位或非金屬X摻雜(X=H、N、S、I)。該結構可導致對太陽光的吸收高達85%，遠優(you) 於(yu) 文獻報道(30%)。

　　良好的太陽能寬譜吸收、化學物理穩定性，以及改善的載流子濃度和電子遷移性能，可以滿足高效太陽能的要求。其中，氮摻雜的納米黑色二氧化鈦，太陽光催化分解水，產(chan) 氫率達到15 mmol h-1 g-1，處於(yu) 報道最優(you) 異的可見光催化劑之列;對有機汙染物的降解速率是商用納米二氧化鈦(P25)的四倍。黑色二氧化鈦納米管陣列用作光化學電池(PEC)電極，光能向氫化學能轉換效率達到1.67%，為(wei) 二氧化鈦基PEC轉換效率的最優(you) 值。

　　研究成果被Chemistry Views以Titania: Black is the New White 為(wei) 題做了新聞專(zhuan) 題報道，被認為(wei) 在新能源(太陽能發電、光催化製氫)和環境(汙染物降解、抗菌消毒)領域的應用前景廣闊。國際公司與(yu) 大學已經購買(mai) 小批量樣品，用於(yu) 環境保護應用。部分研究結果發表在J. Am. Chem. Soc. (2013), Adv. Funct. Mater. (2013), Energy Environ. Sci. (2013, 2014), Chem. Euro. J. (2013)等期刊，已申請發明專(zhuan) 利3項。

　　氫等離子體(ti) 還原二氧化鈦、吸收光譜、PEC(AFM 2013)

　　低溫鋁還原法製備納米黑鈦及其熱力學分析(EES 2013)

　　黑色硫摻雜金紅石相二氧化鈦製備示意圖、吸收光譜和光電轉換(JACS 2013)

　　兩(liang) 步法實現黑色二氧化鈦的非金屬摻雜(EES 2014)