近日，澳門科技大學(xué)、陜西師范大學(xué)、中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所、北京信息科技大學(xué)等單位聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)，在月球原位資源利用（ISRU）與光熱催化領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展。該研究以題為“Lunar-Based Photothermal CO? Reduction Strategy: Self-Evolving Transient Active Interface and Band Engineering”的論文發(fā)表于國際頂級跨學(xué)科期刊《Advanced Science》。

該研究受月壤成分啟發(fā)，創(chuàng)新性地構(gòu)建了一種動態(tài)自適應(yīng)的Pd/Ov-FeTiO?光熱催化劑。在揭示該催化劑表面光生載流子轉(zhuǎn)移機(jī)制的過程中，致真精密儀器的AtomExplorer 輕量款原子力顯微鏡為團(tuán)隊(duì)提供了關(guān)鍵的開爾文探針力顯微鏡（KPFM）技術(shù)支持，直觀證實(shí)光照下催化劑界面電子快速富集與重新分布，為“自演化”反應(yīng)機(jī)制提供了不可或缺的微觀電學(xué)證據(jù)。

▲致真精密儀器AtomExplorer 的開爾文探針力顯微鏡（KPFM）圖像：直觀展示了暗態(tài)（Dark）與光照（Light）條件下，F(xiàn)eTiO? 與 Pd/Ov-FeTiO? 催化劑表面接觸電勢差的顯著變化。

建立月球基地是人類深空探測的戰(zhàn)略前沿。在資源極度匱乏的月球環(huán)境中，利用太陽能驅(qū)動月表水冰和月球冷阱中的CO?轉(zhuǎn)化為燃料（原位資源利用，ISRU），是維持生命支持系統(tǒng)和能源循環(huán)的核心。

月壤中富含的鈦鐵礦（FeTiO?）因其高穩(wěn)定性和較窄的帶隙，被視為月基光熱催化的理想基礎(chǔ)材料。然而，天然鈦鐵礦相對穩(wěn)定的表面限制了其催化活性。為突破這一瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)通過溶膠-凝膠法制備了高比表面積的FeTiO?，并引入了鈀（Pd）單質(zhì)與氧空位（Ov），構(gòu)建了Pd/Ov-FeTiO?催化劑。

核心發(fā)現(xiàn)：

研究團(tuán)隊(duì)揭示了一種打破傳統(tǒng)的“自演化（Self-Evolving）”瞬態(tài)活性界面機(jī)制。在光熱條件下，催化劑發(fā)生顯著的表面重構(gòu)：Ov的持續(xù)生成驅(qū)動了界面電子的重新分布，使Pd演化為富電子的電子倉庫，而Ti3+-Ov缺陷對則作為受界面調(diào)控的缺電子活化位點(diǎn)，二者協(xié)同構(gòu)建了瞬態(tài)活性界面。這一獨(dú)特的微環(huán)境使d帶中心上移，顯著增強(qiáng)了對CO?及關(guān)鍵中間體的吸附能力，并在300℃下實(shí)現(xiàn)了高達(dá)33.23 mol·gPd?1·h?1的CO生成率，顯著提升全光譜（紫外–可見–近紅外）太陽光利用效率，尤其實(shí)現(xiàn)了高效紅外光響應(yīng)。

在探究光生載流子的動態(tài)遷移行為時(shí)，常規(guī)手段難以直觀解析催化劑表面的微觀電荷分布。研究團(tuán)隊(duì)借助致真精密儀器AtomExplorer 的開爾文探針力顯微鏡（KPFM），對不同光照條件下的樣品表面接觸電勢差（CPD）進(jìn)行了高精度的原位測量。

微觀電學(xué)表征結(jié)果（圖6 b,c）清晰地揭示了瞬態(tài)活性界面的電荷調(diào)節(jié)作用：

暗態(tài)（Dark）條件下：樣品的接觸電勢差較低（約49 mV）。

光照（Light）條件下：Pd/Ov-FeTiO? 樣品的接觸電勢差劇增至102 mV。

測試數(shù)據(jù)表明，相較于純FeTiO?，光照顯著增加了Pd/Ov-FeTiO?表面的電子濃度，從而帶來了更高的表面電勢。這一直接證據(jù)有力地證實(shí)了Ov在系統(tǒng)中的雙重關(guān)鍵作用：在光熱耦合下，Ov的大量生成觸發(fā)了自演化過程，構(gòu)建的活性界面不僅提供了極高的表面電子濃度，還重塑了界面電子流向——使激發(fā)態(tài)電子能夠繞過局部缺陷復(fù)合中心，被迅速捕獲并定向轉(zhuǎn)移至表面反應(yīng)位點(diǎn)，將原本不利的復(fù)合效應(yīng)轉(zhuǎn)化為高效的電子利用路徑。

AtomExplorer 輕量款原子力顯微鏡

AtomExplorer 輕量款原子力顯微鏡具備亞納米級高分辨率，用于觀察樣品表面形貌、紋理，能夠在納米級別到微米級別的尺度上捕捉樣品表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)和微小特征，為材料、芯片等樣品的表面形貌提供詳盡的視覺信息。該產(chǎn)品還集成了磁力顯微鏡、靜電力顯微鏡、開爾文探針力顯微鏡、壓電力顯微鏡；產(chǎn)品穩(wěn)定性強(qiáng)，可拓展性良好，提供定制服務(wù)。該產(chǎn)品作為高精度形貌表征和納米磁學(xué)、電學(xué)測量工具，為教學(xué)、科研及生產(chǎn)研發(fā)提供更多選擇和助力。

致真精密儀器

致真精密儀器聚焦高端科學(xué)儀器與集成電路測試設(shè)備的技術(shù)突破與自主研制，深耕微納表征、磁學(xué)測量、低溫強(qiáng)磁物性表征、半導(dǎo)體量檢測等領(lǐng)域，通過核心技術(shù)攻關(guān)與工程化落地，已成功推出系列高端科研級設(shè)備與產(chǎn)業(yè)級解決方案：

科研級核心設(shè)備：原子力顯微鏡（微納形貌表征核心設(shè)備）、高精度 VSM（振動樣品磁強(qiáng)計(jì)）、磁光克爾測量系統(tǒng)、常溫/變溫磁場探針臺系列、低溫強(qiáng)磁場光學(xué)測量平臺等；

產(chǎn)業(yè)級解決方案：晶圓級MOKE測量儀、隧穿磁阻比率測量儀、自旋芯片F(xiàn)T測試機(jī)等量檢測設(shè)備。

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