综述：光催化中的自旋效应：基础见解与应用

《Carbon Neutralization》：Spin Effects in Photocatalysis: Fundamental Insights and Applications

　　摘要

太阳能光催化作为一种有前景的解决方案，用于可持续能源转换和有价值的化学品生产。然而，其效率仍受到三个基本挑战的限制：光吸收效率不足、电荷复合速度快以及表面氧化还原动力学缓慢。近期的突破将电子自旋控制确立为一个变革性的范式，通过可控调节光催化剂的内在性质（例如元素掺杂）、异质结构建和外部场诱导（例如磁场）来实现。这些方法主要通过自旋极化增强电荷分离，并改善表面反应动力学，从而提高光催化性能。这篇简短综述系统地概述了光催化中依赖自旋的过程的基本原理，重点关注了在各种应用中的自旋效应的最新进展，包括光催化水分解、CO2转化、环境修复、有机合成和H2O2生产。详细讨论了将电子自旋与增强光催化活性联系起来的机制。最后，本综述总结了自旋介导的光催化，并展望了未来的发展方向，旨在 provide 对自旋效应及其调节方式的全面理解，以改进光催化应用。

1 引言

太阳能驱动的光催化通过利用可再生的太阳能，为应对化石能源挑战提供了一条可行的途径，已成为环境修复和可再生能源应用中一种有前景且至关重要的技术[1, 2]。这项技术的广泛应用依赖于高效半导体光催化剂的发展[3-5]。为了实现碳达峰和碳中和的目标，已设定了到2030年将非化石能源消耗增加到大约25%、到2060年增加到超过80%的雄心勃勃的目标，从而加速向可持续能源系统的过渡。值得注意的是，到达地球表面的太阳能量在短短1小时内就达到了约4.3×10^20焦耳（4.3×10^20 J），超过了全球每年的能源消耗量[6]，这突显了太阳能转换技术在满足全球能源需求同时支持经济发展方面的巨大潜力。尽管在光催化领域取得了显著成就，但仍然存在三个基本挑战：（i）光吸收不足，（ii）光生电荷载流子分离和迁移性能差，以及（iii）表面反应动力学缓慢[7, 8]。如图1a所示，高效的光吸收是光催化剂的前提条件。如图1b所示，太阳辐射的能量主要分布在可见光（VIS）区域（吸收边缘400 nm < λ < 760 nm）和近红外（NIR）区域（λ > 760 nm）。前者占太阳辐射总量的约45%，后者占约50%。一小部分（5%）是紫外线（UV）光（λ < 400 nm）。因此，需要具有窄带隙（例如约为1240/λ）的半导体来有效地捕获从可见光到近红外（NIR）区域的更多太阳光。然而，在窄带隙材料中，由于库仑吸引力，光生电荷的复合可能性会增加（复合发生在皮秒到毫秒的时间尺度上[9]。当入射能量大于半导体的带隙时，价带（VB）中的电子可以在更快的时间尺度（飞秒到皮秒）内被光激发到导带（CB），在VB中留下空穴（图1a）。此外，只有克服了电子-空穴对之间库仑吸引力的自由光生电子才能与表面吸附的物种发生还原或/和/或氧化反应。表面催化反应通常在从微秒到毫秒，甚至秒的时间跨度内缓慢进行。图1（在图查看器中打开）

（a）基于半导体的光催化剂以及典型光催化过程中发生的时间尺度。（i）光吸收，（ii）光激发和电荷复合，（iii）表面氧化还原反应。（b）太阳光谱辐照度：空气质量1.5，http://rredc.nrel.gov/solar/spectra/am1.5/。在过去的几十年里，人们付出了巨大的努力来开发具有更宽太阳光吸收光谱的光催化剂（图1a中的步骤i），增加光生电子-空穴对分离的动力，并通过一系列设计、构造、工程和修改来促进光催化剂系统相应表面或界面部位的氧化还原反应（步骤iii）。除了这些传统方法之外，电子自旋是一种内在的量子属性，其自旋方向遵循泡利排斥原理[10]，表现为自旋向上或自旋向下配置，代表了影响光催化效率的一个基本但尚未充分探索的参数。电子自旋状态根据材料结构和环境条件的不同而变化，深刻影响着光催化剂的物理和化学性质。理解和控制依赖自旋的过程可以提供对反应机制前所未有的洞察力，同时实现先进光催化系统的合理设计[11]。精确调节电子自旋状态可以同时解决光催化中的多个限制，通过扩展光吸收范围、提高电荷分离效率以及增强表面反应动力学和产物选择性。尽管近年来光催化中的自旋效应受到了越来越多的关注，但这一研究领域仍处于起步阶段[12]。值得注意的是，目前缺乏系统性地分析自旋效应的基本机制和光催化应用的研究综述。在这篇简短综述中，我们首先阐明了光催化系统中自旋效应的基本原理，探讨了它们在光吸收、电荷载流子动力学和表面反应中的起源和多方面作用（图2）。然后将自旋操控策略分为三种不同的方法：（1）光吸收中的自旋效应，（2）电荷分离和迁移中的自旋效应，以及（3）光催化氧化还原应用中的自旋效应。此外，我们系统地分析了自旋增强光催化在多种应用中的最新进展，包括水分解、CO2还原、有机转化、污染物降解和H2O2生产。这篇综述不仅建立了理解自旋效应的概念框架，还为设计下一代光催化剂提供了实用指南，展望了自旋工程光催化系统的未来方向。

2 电子自旋和调控

自旋是电子的一种内在量子属性，是量子力学中的一个基本概念，赋予材料具有磁矩，磁矩具有大小和方向[10]。电子的自旋状态，包括自旋向上（↑）和自旋向下（↓）状态，在决定原子、分子和块体材料的电子、磁性和化学性质方面起着关键作用[13]。在原子轨道内，自由电子或电荷载流子在材料中倾向于偏好一个自旋方向而不是另一个方向，其中电子的自旋方向倾向于均匀对齐（图3a）[14]，尽管在某些条件下这种对齐可能会改变。这种现象称为自旋极化[17]。在光催化反应中，半导体电子通过光子吸收而激发，表现出各种与自旋相关的现象。当电子被激发到更高能级时，总自旋角动量（s）可能会发生变化[18]。特别是，自旋选择规则要求电子跃迁，无论是在原子之间还是在原子内部，都必须保持系统的自旋角动量守恒。这一基本原则确立了化学反应只有在反应物的总自旋角动量与产物的总自旋角动量相匹配时才能进行。这种自旋守恒导致了化学转化中的独特电子和核自旋选择性效应。图3（在图查看器中打开）

图3a）电子自旋相关性质的示意图：（a）从无序到有序的自旋，（b）在磁场下的自旋对齐，（c）电子状态和自旋方向。经许可复制[14]。版权2025，英国皇家化学学会。（d）用于改善电荷分离的自旋极化机制。经许可复制[15]。版权2025，美国化学会。（e）在手性螺旋结构下的选择性电子传输示意图，以及（f）用于光催化的自旋极化效应。经许可复制[16]。版权2025，Wiley-VCH。操控电子自旋极化是一种减少电子-空穴复合概率的可靠策略。控制活性金属位点的自旋状态已成为精细调节其电子配置的重要方法（图3b,c）。 recent研究已经建立了多种调节金属活性中心自旋状态的技术，包括尺寸控制、缺陷工程、元素掺杂、磁场协同作用和手性分子耦合。这些方法为研究自旋增强光催化过程的基本原理提供了有价值的途径。在光照下，单态电子可能会经历自旋翻转的系间跃迁到三态，特别是在自旋-轨道耦合较强的系统中（图3d）。这种转变抑制了电子-空穴复合，从而增强了光催化活性。作为一种内在的量子属性，电子自旋对光催化效率有着至关重要的影响。当电子在手性材料中传输时，如图3e所示，轨道运动与自旋运动相结合，手性结构使得电子沿着螺旋路径（左旋或右旋）传输，引导自旋电子优先通过特定方向[16]。由于自旋禁戒效应，对于那些被极化的电子，复合过程受到抑制（图3f），最终优化了载流子的传输动力学，并促进了光能向化学能的量子转换。此外，由于化学键合是原子之间的电磁相互作用，电子自旋状态可以通过外部场（如电子场、磁场和/或电磁场）进行操控[19, 20]。特别是，磁场是最广泛使用和可控的调节光催化剂中电子状态的方法，从而提高了光活性。通常，导带（CB）中的光激发电子和价带（VB）中的空穴容易因为强烈的库仑吸引力而复合（如图4a所示）。当在外部磁场中带有相反电荷的电子和空穴存在时，带电粒子会经历洛伦兹力（FL），其表达式为：

F_L = q × v × B × sin θ，
其中q是粒子的电荷，v是其速度，B是外部磁场强度，θ是带电粒子的运动方向与磁场方向之间的角度[22]。图4b中的符号“×”表示垂直于平面并向内的磁场方向。光生电子和空穴经历相反的洛伦兹力，因此朝相反方向移动，从而抑制了它们的复合并延长了它们的寿命（图4b）。由于FL与B成正比，通过对磁响应材料（如Mn/Co3O4[12]、Pt@CoCu合金修饰的石墨烯[24]、ZnIn2S4/镍基金属-有机框架（ZnIn2S4/Ni-MOF）铁磁异质结[21]）施加外部磁场，可以大大调节光催化性能[23]。图4（在图查看器中打开）

（a）没有（b）有磁场的电子和空穴的激发和复合。洛伦兹力是由在磁场中移动的带电粒子产生的。（c）Ni-MOF和NZ-20在有和没有500 mT磁场下的光催化H2演化。右侧部分是提出的基于电子自旋状态的光催化机制。经许可复制[21]。版权2026，Elsevier。（d, e）有和没有外部磁场的Co3O4和Mn/Co3O4的MCD光谱，以及（f）抑制光电诱导载流子复合的自旋极化机制。（g, h）有和没有磁场的CO2还原中的光催化活性。经许可复制[12]。版权2024，美国化学会。

3 自旋极化的检测技术

迄今为止，已经建立了一系列复杂的方法来表征和识别光催化系统中的自旋状态。这些方法包括电子光谱学、粒子散射技术、磁性显微镜和光学检测方法。广泛使用的技术包括X射线吸收光谱（XAS）、电子自旋共振（ESR）光谱、穆斯堡尔光谱、电子能量损失光谱（EELS），以及理论建模和计算模拟（图5）。图5（在图查看器中打开）

图5 光催化剂自旋极化的常见检测技术。XAS用于探测材料的精细结构和局部化学环境。该技术通常分为两个能量区域：X射线吸收近边结构光谱（XANES）和扩展X射线吸收精细结构（EXAFS）。XANES检查吸收边缘上方约30–50 eV的区域，提供有关原子电子态密度和化学状态的洞察。相比之下，EXAFS从50 eV延伸到1000 eV，提供有关局部原子结构的详细信息，包括配位数和键长，通常通过傅里叶变换（FT）或小波变换（WT）分析。例如，XANES光谱表明CuIII-MOF的K强度分裂不显著，暗示Cu-3d轨道不持有未配对电子的自旋基态S = 0和可能的电子构型（d0x2?y2）。相比之下，CuII-MOF显示了可能的CuII电子构型（d1x2?y2）和1/2自旋基态[25]。低自旋态和空的（d0x2-y2）轨道有利于增强C─N偶联过程中尿素的产生，这一过程通过具有较低能量障碍的单电子迁移路径进行。此外，一阶导数XANES曲线表明Mo单原子的平均氧化态约为+3.3，对应于d3电子构型[26]。Mo K边的FT k2加权EXAFS光谱证实了存在不对称的Mo?S3构型，这种构型产生了极化的表面，并显著提高了光生载流子的分离和传输效率。这些自旋极化特性有助于在CH3OH中选择性地激活C─H键形成•CH2OH，以及随后的C─C偶联反应，并促进EG的选择性生成。EELS是一种强大的工具，可以用来阐明多种材料中的原子尺度电子状态。通过分析入射电子的特征能量损失，可以确定原子的自旋构型。例如，通过检查O K边EELS光谱中的峰值强度和能量位置，可以区分磁性材料体内相和表面相的自旋态。另外，自旋极化电子能量损耗光谱（SPEELS）是一种有效的技术，用于研究铁磁体和顺磁体中的电子激发动力学，可以实现小于0.04??–1的高动量分辨率和90–130?meV的能量分辨率[27]。穆斯堡尔光谱仍然是表征Fe自旋构型的关键技术。通过其特征性的同位素位移和四极分裂值，可以区分不同自旋态的Fe离子。例如，穆斯堡尔光谱被用来识别在引入轴向Fe–O–Ti桥键后FeN3O中心从低自旋状态到中等自旋状态的转变。这一发现表明，在超薄O终止的MXene杂化物中，聚合物样的量子点能够调节自旋态[28]。此外，还可以确认反应前后Fe3+/Fe2+比例的变化。随着Fe纳米粒子含量的增加，观察到的铁磁性质的增强表明相邻Fe3+和Fe2+位点的数量相应增加，从而解释了铁磁性质与CO2光还原效率之间的正线性相关[29]。ESR光谱是一种强大的技术，可用于研究具有未配对电子的顺磁物种的电子自旋州。通过监测施加磁场和辐射频率下的吸收强度来获得ESR光谱，从而获得关于自旋构型的详细信息[30]。此外，原位EPR光谱已成为一种多功能工具，应用范围从高温异质气体-固体反应到均匀和分子系统，特别是在光（电）催化领域，能够在反应过程中原位检测自旋信号[31]。例如，Miao等人利用原位EPR光谱证明NZ-20复合材料诱导的信号强度降低最显著，表明活性光生电子的浓度最高[21]。同样，在NZ-20存在下，与TEMPO相关的EPR信号比原始ZnIn2S4（ZIS）中的信号减弱得更明显，这是由于产生了更多的光生空穴，这些空穴随后被TEMPO捕获形成TEMPO+。总的来说，这些发现证实了将Ni-MOF整合到ZIS中有助于提高光生载流子的分离和传输效率。MCD光谱提供了电子结构中场诱导自旋极化的直接光谱证据。值得注意的是，即使在没有外部磁场的情况下，NZ-20复合材料也表现出明显的MCD信号，而原始ZIS则几乎没有MCD响应。这一观察表明，由于Ni-MOF的引入，存在内在的自旋极化能带结构。当施加1.6?T的磁场时，NZ-20的MCD强度进一步增强，证实了其自旋极化电子结构的磁场敏感性[21]。理论计算和机器学习已成为研究自旋依赖性化学过程的强大补充方法。这些方法通过比较不同自旋态的相对总能量来识别它们之间的转变，从而提供对催化途径的机理洞察。例如，对Ti-vacancy修饰的TiO2（Tiv-TiO2）的投影密度态（PDOS）进行DFT计算显示，费米能级附近同时存在自旋向下的电子态和未占据的自旋向上的轨道[32]。这种电子结构表明，来自价带的自旋向下电子可以跃迁到导带中的自旋向上轨道。因此，在高度空间自旋极化的环境中，由于缺乏自旋向上的空穴，Tiv-TiO2中的载流子复合被抑制。此外，DFT计算阐明了Fe2+/Fe3+氧化还原对在Fe纳米粒子修饰的聚合物碳氮化物（PCN）上促进CO2光还原至CO中的作用。在PCN/Fe上，吸附的*CO2转化为*COOH的吉布斯自由能障碍在Fe2+/Fe3+活性位点上热力学上更为有利[29]。在相关背景下，Liu及其同事证明，自旋极化的光催化剂Mo1/ZnCdS通过量子自旋交换相互作用实现了对乙烯醇产生的高选择性（97.6%）[26]。DFT计算证实，Mo的d轨道与•CH2OH自由基的p轨道之间存在强烈的轨道相互作用，从而促进了自旋匹配并促进了所需的反应途径。

4 自旋效应在光催化中的应用

电子自旋效应将有助于光催化领域的三个关键进展：（1）通过能带结构调制，将光谱响应范围从可见光扩展到近红外区域；（2）通过自旋极化诱导的光生电子和空穴的方向性迁移，促进载流子的分离；（3）通过介导催化剂-反应物相互作用和自旋选择性过程，优化反应途径。

4.1 光吸收中的自旋效应

照射到地球表面的太阳能相当于地球每年消耗的平均能量（4.1 × 10^20 J）[8]。显然，太阳能远超过地球的所有能量需求。因此，光收集是所需光催化剂的关键第一步，直接影响太阳能的利用效率，甚至决定了目标光催化应用。到目前为止，主要有两种电子自旋极化可以显著影响光吸收。一种是引入掺杂剂或缺陷，另一种是改变系统的电子自旋多重性。作为一种对可见光响应的光催化剂，PCN因其低成本、易于合成和合适的氧化还原电位而受到全球关注，在能源、化学合成、传感器和环境修复等领域具有广泛应用前景[33-35]。然而，块状PCN由于激子结合能量高和电荷分离效率低，限制了其大规模应用。将非金属杂原子（C、O、P、S、B和F）掺入PCN框架已被证明可以有效调节光学带隙并提高催化性能[36, 37]。Yang团队通过在Se蒸气中采用氟化-热脱氟工艺开发了一种硒掺杂的PCN（Se-PCN）[38]。这种原位Se掺杂将PCN的吸收边从416纳米扩展到584纳米。更重要的是，PCN结构中诱导的自旋向下极化显著提高了电荷分离效率和表面催化活性。在可见光照射下，Se-PCN的H2演化速率比原始PCN提高了170倍。类似地，碳掺杂也可以拓宽光吸收范围并提高PCN的光活性。Xu等人开发了一种盐模板诱导的均匀掺杂策略，合成了新型碳/钾共掺杂的聚合物碳氮化物（RPCN）[39]。碳和钾的均匀共掺杂将PCN的带隙缩小到1.7?eV。该材料在NIR照射下（700?nm ≤ λ?≤?780?nm）表现出优异的NIR光催化活性，H2演化速率为140 μmol g–1 h–1，在700?±?10?nm处的量子效率为0.84%，在500?±?10?nm处为13%。这一成就的关键在于使用了与三聚氰胺前体结构相似的掺杂剂，使得RPCN的带隙内在缩小[40]。因为电子自旋极化是在外部磁场或交换相互作用等条件下产生的，这些条件可以进一步改变分子的自旋状态及其局部电子结构，从而影响光吸收[20]。磁场可以调整自旋角动量，平行排列的自旋具有较低的能量。这将导致系统中的电子自旋多重性发生变化，从单重态变为三重态[41]。据报道，通过操控Os(II)多吡啶配合物光吸收剂（[Os(bpy)3]2+）的自旋状态，如图6a–c所示，可以激发原本禁止的单重态到三重态的跃迁，导致吸收波长从615纳米明显红移至730纳米[42]。图6（在图查看器中打开）：
(a) [Ru(bpy)3]2+的Jablonski示意图。(b) [Os(bpy)3]2+的S0?→?T1激发示意图。(c) 蓝光和NIR光穿透力的比较。经许可复制[42]。版权所有2025年，美国化学会。(d) 在MF条件下，自旋极化增强Ni0.05-doped CdS/MoS2光催化性能的示意图。经许可复制[43]。版权所有2023年，Elsevier。(e) 磁矩排列示意图，自旋极化增强Pd/CoP@CoNiP表面光诱导载流子复合的抑制以及氧化还原反应。经许可复制[44]。版权所有2023年，Elsevier。(f) Fe3O4/N-TiO2光催化剂的HR-TEM。(g) 磁场促进POWS系统的示意图，其中电荷分离过程通过诱导的局部磁场得到促进。经许可复制[45]。版权所有2022年，英国皇家化学会。

4.2 电荷分离中的自旋效应

光生载流子的分离是光催化中的关键步骤，因为它直接影响整体光催化效率。与光吸收的自旋效应类似，外部场可以通过洛伦兹力效应促进光生载流子的分离并抑制电子-空穴复合[46]。诱导的洛伦兹力产生一个新的极化电场，促进反应物种在催化剂表面的吸附，从而提高光催化活性[47]。对于铁磁催化剂，光催化性能与自旋行为密切相关。例如，掺镍的CdS/MoS2稀磁半导体光催化剂表现出增强的自旋极化和改善的光催化H2生成性能（图6d）[43]。磁场诱导的自旋极化还减少了CdS中的电荷复合，提高了界面传输效率，从而使光催化氢气的产生效率提高了3.89倍。Zhou团队通过使用Co-MOF作为模板，采用两步离子交换方法开发了一种双层空心蛋黄壳Pd/CoP@CoNiP异质结构光催化剂（图6e）[44]。该异质结在磁场下表现出显著的自旋极化，促进了电荷分离，增加了载流子浓度，从而提高了光催化活性。Li及其同事通过对α-Fe2O3/RGO纳米结构的磁阻测量证明了这一点，其中施加的磁场通过负磁阻效应显著提高了载流子传输效率[48]。此外，Au-Fe3O4/N-TiO2超顺磁光催化剂在100 mT磁场下用于光催化整体水分解（POWS）[45]。在催化剂中产生了强烈的局部磁通量，在270°C下实现了88.7%的量子效率，无需任何牺牲剂。显著延长的激子寿命归因于洛伦兹力和自旋极化效应（图6g）。

4.3 光催化应用中的自旋效应

4.3.1 光催化水分解

与自旋相关的效应通常在决定催化性能方面起着重要作用。例如，在光系统II分子催化中，活性材料的铁磁性排列会产生自旋定向的电子，这些电子选择性地积累在界面，显著增强了氧释放反应（OER）的活性。Yang等人证明，形成肖特基结的Au纳米颗粒（NPs）与CuTCPP(Fe)可以将CuTCPP(Fe)的自旋极化调节起来，从而抑制载流子复合[49]。如图7a所示，Au NPs增加了自旋极化电子的数量，有效地促进了CuTCPP(Fe)中的内在载流子分离。Gajapathy等人对钇铁石榴石（Y3Fe5O12, YIG）和赤铁矿（a-Fe2O3）作为光阳极进行了比较研究，发现YIG的光O2生成性能增强源于YIG中极化空穴的形成效率降低，导致YIG表面形成寿命长（>?1?ms）的自旋对齐空穴。Fe M2,3和O L1边的比较分析显示，自旋对齐的空穴在O 2p和Oh Fe 3d价带态之间发生杂化（图7b），这驱动了YIG的高效、自旋选择性的水氧化[50]。

(a) 抑制载流子复合的Au/CuTCPP(Fe)肖特基结示意图，用于电子自旋极化。经许可复制[49]。版权所有 2025，美国化学会。(b) 显示了YIG表面自旋极化空穴的积累过程。这些自旋极化空穴代表了驱动沿三重态路径进行自旋选择性水氧化的氧化还原等价物，有利于生成O2。经许可复制自[50]。(c) Tiv-TiO2中dxz、dz2、dyz轨道与π*轨道之间的成键和反键轨道的波函数。(d) Tiv-TiO2的Ti 3d轨道与*OOH之间的轨道相互作用示意图。经许可复制自[32]。(c) 空位，包括阴离子空位和阳离子空位，可以通过调节电子结构、活性位点和自旋状态来提高光电化学性能[51]。在阴离子空位中，氧空位（Ov）由于其在无机和有机半导体中形成能较低而受到最广泛的研究[52-55]。Na原子通过空位捕获策略将硫引入Ti空位缺陷中[32]。他们发现，TiO2中的Tiv可以激发价带（VB）中的自旋向下电子到导带（CB）中的自旋向上轨道，有效阻止电子-空穴复合（见图7c）。此外，S原子在Ti空位中的引入通过控制电子自旋翻转来调节自旋方向，从而增加可用于水分解的载流子数量（见图7d）。过渡金属离子掺杂是提高催化活性的常用方法。例如，π-共轭PCN中的Mn3+形成了Mn–N–C结构单元。通过调节Mn–N键的强度，可以精确控制Mn中心的自旋状态（如轨道填充），在AM 1.5条件下，420 nm处的氢气产生率可达695 μmol g–1 h–1，表观量子效率为4.0%[56]。通过施加外部磁场可以进一步增强催化性能，因为磁场可以提高自旋极化程度。与具有大介电性质的铁磁性氧化物不同，单原子Co掺杂会改变PCN的对称中心，从而增加介电常数和自旋极化。最终，在24.5 mT外部磁场作用下，Co1-PCN的氢气产生率达到了3979.0 μmol g–1 h–1，是未掺杂PCN的约340倍[57]。金属掺杂可以稳定CdS结构。例如，掺杂了Ni原子的Ni-CdS催化剂在可见光照射下实现了20.28 mmol g–1 h–1的显著氢气产生率，比原始CdS高出5.58倍[58]。在ZIS中，通过Mn2+掺杂和外部磁场可以优化自旋极化电子。掺杂Mn的ZIS表现出显著的氢气产生率提升，并提高了苯甲醛的氧化效率[59]。在外部磁场作用下，经过优化的Mn0.15-ZIS的氢气产生率和苯甲醛产生率分别比原始ZIS提高了13倍和12倍。具有空间自旋极化的Ti缺陷TiO2（Ti0.936O2）通过电子自旋方向的平行排列促进了电荷分离和表面反应[60]。与纯TiO2相比，Ti0.936O2的氢气产生率提高了20倍。缺陷工程可以调节导带（CB）的位置。