鲁西地区含白云石碳酸盐岩的矿物学特征及其形成环境分析

白云石的成因受到地质学界的广泛关注,现今在实验室中能够利用微生物合成高有序度的白云石,但天然白云石的成因与原始沉积环境特征的相关性并未完全揭示。本研究选取鲁西地区馒头组含白云石碳酸盐岩沉积地层为研究对象,通过矿物学、元素地球化学等分析,初步判断该地层白云石成因并重建白云石地层的古沉积环境,探讨了两者之间的关系。结果表明:白云石含量在本套地层中的均值为52.45%。Sr/Cu值(均值为23.59)与Ga/Rb值(均值为0.17)指示其整体表现为炎热干旱的古气候特征。δ^(13)C值(均值为-1.56‰)与δ^(18)O值(均值为-6.68‰)指示本套地层为海相沉积,推测古水温平均为23.5℃,古氧化还原特征表现为弱还原至常氧化的平稳过渡。灰岩地层δ^(13)C值平均为-0.80‰,而白云岩地层δ^(13)C值平均为-6.52‰,存在轻碳的明显富集,结合宏观叠层构造,判断白云石为生物成因。本研究中白云石沉积环境中的古气候、古氧化还原条件、古水温和古生产力特征与白云石发育情况存在明显耦合,为白云石生物成因提供了相关依据与指示意义。

环境矿物学研究进展(2011~2020年)

环境矿物学聚焦矿物所禀赋的环境属性,研究矿物在记录环境、影响环境、评价环境、治理环境以及参与生物作用等方面的功能及其中蕴涵的理论方法。环境矿物学研究一方面为治理全球环境污染和生态破坏提供重要理论指导和技术支撑,同时也有助于深刻理解地球物质演化、生命起源进化及全球环境演变的宏观过程等重大理论问题。2011~2020这十年间,我国学者在矿物日光催化及其与微生物协同作用、纳米矿物及其改性产物的环境功能、生物矿化作用等研究领域获得了新认识,提出了自然界矿物光电子能量、光电能微生物等新观点,发现了半导体矿物与微生物胞外电子传递的新机制。本文从地表多圈层交互作用产物“矿物膜”的环境属性、矿物与微生物交互作用的环境效应、纳米矿物及其环境功能、生物矿化作用及其环境效应以及人体病理性矿化作用等方面,综述了近十年我国环境矿物学研究的进展,并展望了环境矿物学的发展方向。

海洋透光层代表性铁氧化物半导体矿物——针铁矿和纤铁矿光还原特性及其环境效应

海洋透光层中广泛分布铁氧化物半导体矿物;铁对大多数有机生命体都是必不可少的。本文以透光层中的代表性铁氧化物半导体矿物——针铁矿和纤铁矿为例,对比分析了针铁矿和纤铁矿的半导体特性及光还原特性,结果发现在海洋透光层偏碱性环境中针铁矿和纤铁矿可发生光还原溶出Fe^(2+)。对合成针铁矿和纤铁矿进行了系统的矿物学表征、光电化学测试,结果显示纤铁矿光电响应活性强于针铁矿,其平均光电流密度约为针铁矿的20倍。在模拟海水中进行针铁矿和纤铁矿的光还原实验,结果显示反应12天,针铁矿和纤铁矿光照组溶出Fe^(2+)的溶度比无光组分别高约1640%和328.33%,光激发纤铁矿Fe^(2+)最大溶出量比针铁矿高约33.62%,表明纤铁矿光催化活性较针铁矿更强。这种光诱导铁氧化物半导体矿物溶出Fe^(2+)可能进一步影响透光层本源微生物群落结构并参与关键地球化学元素循环过程。

矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中的作用

地球早期生命起源的第一步是合成简单的有机化合物,但合成有机物所需能量来源问题长期困扰着学术界。早期地球上丰富的硫化物半导体矿物可将太阳光子转化为光电子,提供持续的能量来源。也正是由于矿物光电子能量较高,在非生物途径合成小分子有机物方面具有优势。其中半导体矿物自然硫转化太阳能产生的光电子能量,是目前所发现的最高的矿物光电子能量,不仅能直接还原CO_(2)分子为甲酸物质,还可催化其他生命基础物质的合成。在全球陆地系统中暴露在阳光下的岩石/土壤表面普遍被一层铁锰氧化物“矿物膜”所覆盖,光照下含半导体矿物水钠锰矿的“矿物膜”产生原位、灵敏、长效的光电流,显示出优异的光电效应。生物光合作用中心Mn4CaO5在裂解水产氧过程中产生成分和结构类似水钠锰矿的结构中间体,地球早期“矿物膜”中水钠锰矿可能促进了锰簇Mn4CaO5与生物光合作用的起源与进化。早期地球半导体矿物为生命起源基本物质的合成提供直接能量来源,矿物光电子能量在地球早期生命起源与进化中起到了重要作用。

矿物增强生物光合作用大田试验研究取得突破——花生亩产增幅达43.91%,红薯亩产翻番

早在《地学前缘》创刊不久的1996年就刊载了笔者的一篇短文《废水的矿物学处理》[1];《地学前缘》于2005年刊载了笔者研究团队十年研究成果总结《矿物法——环境污染治理的第四类方法》[2];2014年刊载了又一个十年创新研究成果总结《关键带中天然半导体矿物光电子的产生与作用》[3],其间笔者连续获得两项国家科学技术部“973”项目资助,发现自然界除了太阳光子和元素价电子能量外还存在矿物光电子能量形式,可促进某些非光合微生物生长代谢作用[4]。

天然矿物光电效应:矿物非经典光合作用

地球上生物因受到太阳光辐射作用而进化出结构精致的光合作用系统。太阳光辐射对地球表面广泛分布的无机矿物的影响与响应机制长期未被重视与理解。我们新发现的地表"矿物膜"转化太阳能系统,具有潜在的产氧固碳作用,体现出自然界中固有的矿物光电效应与非经典光合作用。本文在总结自然界中矿物光电子能量特征,特别是地表"矿物膜"特征及其光电效应性能的基础上,重点探讨铁锰氧化物矿物表现出的光电效应、产氧固碳作用与地质记录。提出矿物享有光电效应特性,地表"矿物膜"富含水钠锰矿、针铁矿、赤铁矿等天然半导体矿物,在日光辐射下具有稳定而灵敏的光电转换性能,产生矿物光电子能量;提出矿物拥有非经典光合作用的性能,自然界无机矿物转化太阳能系统类似生物光合作用吸收转化太阳能的产氧固碳系统,地表"矿物膜"光催化裂解水产氧作用及其转化大气和海洋二氧化碳为碳酸盐矿物作用,孕育出"矿物光合作用";提出矿物具有促进生物光合作用的功能,生物光合作用中心Mn4CaO5在裂解水产氧过程中产生成分和结构类似水钠锰矿的锰簇化合物结构体,初步认为水钠锰矿可能促使蓝细菌光合作用系统的起源,矿物影响与削弱水分子氢键以改变水的性质,可提高水的分解程度与光合作用效率,为进一步探索矿物促进生物光合作用机理提供科学技术突破的机遇。

地表“矿物膜”:地球“新圈层”

地球表层是一个极为复杂的开放系统,其中所充满的阳光、大气、水分、有机酸、无机酸/盐、矿物质和微生物等彼此之间无时无刻不在发生着人们尚未充分认识到的多种自然作用。本文采用环境矿物学、半导体物理学与光电化学等交叉学科研究手段,在我国南方红壤、西南喀斯特和西北戈壁等典型陆地生境中,发现直接暴露于太阳光下的土壤/岩石表面广泛发育有几十纳米到数百微米厚度的铁锰氧化物"矿物膜";详细研究了铁锰氧化物"矿物膜"中矿物组成及其精细结构特征,发现半导体性能优异的水钠锰矿普遍存在,其晶体结构中富含促进其光催化功能的稀土元素Ce。在这些生境中,矿物岩石表面所包覆的铁锰氧化物"矿物膜"总是朝着太阳光发育,岩石背面却不出现"矿物膜",揭示出太阳光照射下的地球陆地表面普遍存在的"矿物膜"与太阳光有着直接的响应关系。光电化学测试结果显示,天然"矿物膜"具有较好的日光响应性能,由其制成的电极在可见光照射下皆能产生明显的光电流,而不含铁锰氧化物矿物的岩石基质样品及石英、长石等矿物样品几乎不产生光电流,表明"矿物膜"光电流的产生主要与铁锰氧化物有关。进一步测得"矿物膜"中主要铁锰氧化物的禁带宽度均小于2. 5eV,证明其均为对可见光具有广泛而良好吸收的天然半导体矿物。以全球日光平均辐照强度100mW/cm^2计以及全球典型生境中"矿物膜"分布面积估算,全球"矿物膜"吸收太阳能等效为生物质能的最大量与2017年度全球糖类产量(1. 92亿吨)相当。铁锰氧化物"矿物膜"不仅存在于陆地地表,还存在于海洋透光层中。可以认为地表"矿物膜"是地球上分布最广的天然"太阳能薄膜",从功能上"矿物膜"相当于继地核、地幔和地壳之后的地球第四大圈层,事实上构成了地球"新圈层",也是地球在太阳光能量驱动下发生外营力地质作用的关键地带。在此基础上,本文提出从"矿物膜"中产生的矿物光电子与太阳光子和元素价电子共同组成了地表存在的三种主要能量形式的认识。深入探讨太阳光照射下地表多圈层交互作用界面上所发生的电子传递与能量转化的微观机制,有助于深刻理解地表"矿物膜"这一地球"新圈层"如何影响地球物质演化、生命起源进化与环境变化演变的宏观过程。

矿物光电子能量及矿物与微生物协同作用

本文总结了天然半导体矿物光电子能量及矿物与微生物协同作用的最新研究成果,特别强调地表微生物、矿物和太阳光多元复杂体系中金属氧化物和金属硫化物半导体矿物的可见光激发光电子特征,阐述了矿物光电子能量利于地球早期生命起源与演化、促进化能自养和化能异养微生物生长代谢、调控矿物与微生物协同作用实现固碳作用。进而提出矿物光电子能有效地将二氧化碳还原为有机物质,可为生命起源提供有机物质基础的认识。

黄海透光层悬浮半导体矿物组成及其促进微生物胞外电子传递过程初探

在地球上最为活跃的海洋透光层体系中,矿物-微生物交互作用的形式十分丰富。系统采集了黄海近海透光层水体样品,测试分析发现其中分布大量悬浮半导体矿物及微生物群落。通过电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)、环境扫描电子显微镜(ESEM)及配有的EDX能谱仪,从宏观到微区对悬浮颗粒矿物的化学元素组成进行了测试分析,发现其主要矿物组成元素为Si、O、Na、K、Ca、Al等,且含有较高含量的Mn、Fe、Ti等金属元素;通过X射线衍射光谱(XRD)、拉曼光谱(Raman)测试从整体到局部分析悬浮颗粒矿物的物相组成,发现其主要组成矿物为石英、钠长石、方解石、云母和绿泥石等,还有锐钛矿、金红石、板钛矿、针铁矿等铁、钛金属氧化物半导体矿物。通过16S rRNA高通量测序分析海水中主要微生物群落为Proteobacteria、Actinobacteria、Bacteroidetes、Planctomycetes、Woeseia、Fluviicola等,并通过构建双室反应体系对海水微生物与悬浮矿物间氧化还原作用及胞外电子传递过程进行了表征,结果显示增加海水悬浮矿物作为电子受体后,体系开路电压由330. 80 mV提升至426. 59 mV,提升比率达130%,最大输出功率由8. 376 9 mW/m^2提升至12. 096 8 mW/m^2,为原体系的1. 44倍。实验研究表明,海水透光层悬浮矿物能有效参与并促进微生物胞外电子传递过程,为后续深入研究基于电子能量传递利用的半导体矿物-微生物协同作用以及元素循环调控机制奠定初步基础。

半导体矿物及其与微生物作用研究方法与技术

自然界矿物的半导体属性是地表矿物重要的物理化学性质之一。半导体矿物可吸收利用太阳光能,驱动物质的地球化学循环,甚至与微生物发生交互作用,这是当前多学科交叉研究方向的前沿热点。本文归纳总结了半导体矿物的表征与测试技术,详细论述了半导体矿物与微生物交互作用体系的构建和研究方法,以期为开展相关领域的研究提供方法和技术参考。

天然闪锌矿光催化还原二氧化碳实验研究

利用电子探针(EPMA),X射线光电子能谱(XPS),拉曼光谱(Raman)和紫外可见漫反射(UV-vis DRS)对天然闪锌矿成分、物相与能带结构进行了表征,发现Fe,Cu,Ga等杂质金属可抬升闪锌矿价带能级位置,减小禁带宽度,并在其禁带中引入施主与受主能级,增强闪锌矿的光吸收范围.在pH为6的厌氧条件下,光照9h后天然闪锌矿光催化还原CO_2产生的甲酸浓度达到12mg·L^(-1),高于合成ZnS的10mg·L^(-1).当NaH_2PO_2与Na_2S作为复合空穴捕获剂时,CO_2光催化还原速率较由Na_2S作为空穴捕获剂的体系提升45%.在此基础上,根据实验介质环境下闪锌矿表面荷电特性,探讨了闪锌矿对CO_2的吸附方式影响CO_2还原效率并降低CO_2转化为CO_2^-阴离子能垒的微观机制.研究结果可扩展天然半导体矿物作为低成本、大产量光催化剂在CO_2有机转化领域的应用范围.

脑动脉粥样硬化斑块中不同类型钙化集合体的矿物学特征及分布规律

钙化是脑动脉粥样硬化的重要指示,并与粥样硬化的发展密切相关。脑动脉粥样硬化斑块钙化灶中存在球状与块状两类不同形貌的矿物集合体,但是关于两类钙化矿物学特征的区别以及其在病灶中空间分布规律的研究仍不充分。选取具有不同程度钙化的脑动脉粥样硬化样品,利用扫描电子显微镜(SEM)及其附带的能谱仪(EDS)、透射电子显微镜(TEM)及其附带的选区电子衍射(SAED)以及拉曼光谱(Raman),对钙化物的形貌、构造以及基于空间分布的物相组成及化学成分的变化进行了研究。研究表明,钙化灶中心由块状钙化构成,周围分布着球状钙化。块状钙化中物相分布不均匀,其中心由碳羟磷灰石(CHA)构成,边缘除CHA外还含有部分无定型磷酸钙(ACP)。球状钙化由白磷钙石(WH)与CHA构成。

深时地球锰矿物演化与产氧光合作用

地质历史时期锰氧化物矿物的出现早于产氧光合作用起源,锰矿物的成分与种类和地球环境呈现深时共演化关系。地表最普遍的锰氧化物——层状水钠锰矿与生物产氧光合作用中心Mn_(4)CaO_(5)团簇在化学成分、局域结构和性质功能上具有相似性,该现象使有机和无机界中Mn驱动的光反应得以紧密结合,锰氧化物因此很可能是光合产氧中心的雏形。在阳光照射的自然环境中,锰氧化物的光化学作用可收集并转化太阳能,在光照下裂解水产生氧气,因此在地质历史时期可能发挥着类似生物光合作用的矿物产氧功能。进一步揭示含锰矿物与环境因子协变关系及锰氧化物光催化分解水产氧活性机制,可为查明生物产氧光合作用起源与能量转化机制提供矿物学证据,为探索矿物-生物共演化和人工光合作用应用提供科学与技术突破的机遇。

3种典型富锰沉积物的形貌学与矿物学特征

本文采集了3种典型的富锰沉积物样品,即岩石漆、树枝晶与土壤铁锰胶膜,并制作了相应的纵切片。运用光学显微镜、原位微区拉曼光谱仪、扫描电镜、EDX能谱仪分别对其形貌学与矿物学特征进行了研究。结果表明岩石漆呈黑色致密层状、葡萄状,主要由水钠锰矿、赤铁矿、针铁矿、粘土矿物等组成,是一种高度混杂的沉积物。宏观上岩石漆与基岩有截然的接触面,发育有微层理结构,在微观上的表现即锰含量的周期性波动。树枝晶呈黑色分枝状,主要由锰钡矿组成,极端富锰而贫硅铝,与基质呈交织结构。土壤铁锰胶膜呈黑色粘稠层状,由水钠锰矿、赤铁矿、针铁矿、钛铁矿、粘土矿物等组成,可细分为外层黑褐色的富锰条带和内层黄棕色的富铁条带。这3种富锰沉积物的形貌学和元素分布特征与各自的成因机制密切相关。

自然界水钠锰矿日光催化作用模拟实验研究

以水钠锰矿为代表的锰氧化物在地表环境中广泛存在,其日光催化作用是驱动地表锰元素价态循环的重要途径之一.在合成并系统研究不同结构锰氧化物半导体矿物学性质的基础上,重点开展了其光催化还原反应及其影响因素的对比实验研究,探讨了矿物晶体结构、电子结构与介质条件对光催化还原效果的影响机制,提出了光催化反应过程中光电子的转移途径.实验结果表明:不同结构锰氧化物在可见光照射下均可发生自光催化自还原从而释放锰离子,其中层状的单斜水钠锰矿自还原效率最高,光照5h可释放11.65%锰离子,孔道状的锰钾矿自还原效率最低(3.58%);锰氧化物的光催化反应速率随pH的降低而升高,其中单斜水钠锰矿在pH为6.5条件下的锰离子溶出率是pH为9.5中的2.66倍;锰氧化物的光催化反应速率受有机电子供体的影响,其中腐殖酸做空穴捕获剂时锰的还原量是甲醇时的1.78~4.46倍;焦磷酸根可迅速络合光催化反应中产生的三价锰而显色,其中δ型二氧化锰与六方水钠锰矿光照5h可持续产生0.058mg·L^(-1)三价锰,表明锰氧化物的光还原是单电子转移方式,三价锰是主要的中间产物.

不同亚类硅酸盐矿物的中红外光谱学特征

利用热红外发射光谱研究了不同亚类硅酸盐矿物镁橄榄石、透闪石、蛇纹石和钠长石的红外发射光谱特征。在120oC时,通过对400～1650 cm-1的红外波段进行积分计算,发现硅酸盐矿物中镁橄榄石的发射率最高,可达到0.988,钠长石最低为0.947。硅酸盐矿物在850～1300cm-1区间均产生宽的低发射带,该发射带与硅氧四面体层中(Si,Al)-O的伸缩振动相关;在470 cm-1左右则形成相对尖锐的低发射带,与硅氧四面体层中(Si, Al)-O的弯曲振动相关。从岛状、链状、层状到架状硅酸盐矿物由于Si O2聚合程度依次增加,最强发射谷的位置依次向高频方向偏移,说明硅氧四面体中Si-O伸缩振动带的位置受到了n(Si)/n(O)比值的制约。此外,在辐射能量谱里,镁橄榄石、透闪石、蛇纹石和钠长石的最强辐射谷范围趋于变宽,依次为115、162、225和247 cm-1,反映了吸收的辐射能增加。综上可推测,硅酸盐矿物强的发射率可能与硅氧四面体中Si-O的振动模式、Si O2的聚合度、辐射能量谱中最强辐射谷的波长范围有关。

地表“矿物膜”半导体矿物光电子调控微生物群落结构演化特性研究

矿物-微生物交互作用广泛参与地球表层系统物质循环与能量流动过程,深刻地影响着一系列重要的地表生物地球化学进程。近年来地表半导体矿物的相关研究,为矿物-微生物交互作用提供了崭新研究方向,揭示地表"日光-半导体矿物-微生物"系统电子传递过程及其环境效应,是地质微生物学交叉领域研究的核心科学问题之一。本研究从地表不同生境"矿物膜"出发,以光电化学技术证实喀斯特、红壤、岩石漆"矿物膜"在1000min长时间循环实验中平均光电流值约为5.4、3.4、3.2μA/cm^2,证实"矿物膜"良好日光响应特性且铁锰氧化物矿物在其中发挥核心作用。基于笔者前期研究所发现的"矿物膜"电活性菌富集且与半导体矿物分布呈正相关性这一现象,本文进一步构建模拟光电子红壤细菌群落系统,20天后细菌群落α多样性显著提升,研究证实细菌群落具有模拟光电子响应活性,且电极与溶液群落均具有演化方向性;16S rRNA测序分析表明模拟光电子作用下Shewanella、Pseudomonas、Streptococcus、Lactobacillus、Acinetobacter等电活性菌显著富集。综上,本文研究结果间接证实地表半导体矿物光电子可有效调控微生物群落结构并促进电活性菌在"矿物膜"中富集。

天然黑钨矿可见光催化活性的实验研究

天然半导体矿物具有优良的日光催化特性。本研究选取天然钨酸盐作为研究对象,对武鸣、栗木、崇义3个不同矿区的天然黑钨矿进行了矿物学及光催化实验探究。利用X射线衍射、拉曼光谱、红外光谱、电子探针微区分析对天然样品的结构与成分进行分析,鉴定其主要矿物相为黑钨矿(Fe,Mn)[WO4],从武鸣、栗木到崇义矿区,Fe/Mn摩尔分数比从7.1、0.9到0.3依次降低。利用紫外可见漫反射测得武鸣、栗木、崇义地区样品禁带宽度分别为1.5、1.6和1.7eV,说明其具有良好的可见光响应。在pH为7的条件下用质量浓度为1g/L的样品对5mg/L的有机染料亚甲基蓝(MB)进行光催化实验(含0.01mol/L H2O2 ),结果表明武鸣地区黑钨矿实验组降解MB的效果最佳,3h后其效率分别是栗木、崇义地区样品的1.1倍和1.6倍。电子顺磁共振谱检测结果显示,反应过程中均产生氧化性羟自由基(·OH),其中效果最好的武鸣黑钨矿产生的·OH信号更强;不同自由基捕获实验证明·OH在光催化反应过程中起主要作用。进一步选取武鸣黑钨矿开展光催化降解机制研究,实验结果显示:光照下黑钨矿与H2O2共存的实验组对MB的脱色降解率可达99%(3h),只有黑钨矿的对照组降解7%的MB,只有H2O2 的对照组降解31%的MB;黑暗条件下,同时添加黑钨矿与H2O2的对照组对MB的去除率为34%。不同H2O2 浓度条件下黑钨矿降解MB符合准一级动力学方程,说明降解过程与催化剂含量无关,H2O2 更多的是充当电子受体。分析认为,不同产地黑钨矿日光催化效率与矿物铁含量呈正相关,与禁带宽度呈负相关,推测其反应机理是光催化与芬顿反应协同产生的·OH将MB氧化降解。本研究为开发利用天然矿物治理环境污染提出了新方法。

天然硫化物矿物对地球深部热能的热电转化效应研究

金属硫化物半导体矿物在地壳中分布广泛,其中一些禁带宽度较窄的硫化物矿物,如黄铁矿、黄铜矿和斑铜矿等,在地热梯度下产生的天然热电势可将地球内部热能转化为电能。本文选取黄铁矿、磁黄铁矿、方铅矿、黄铜矿、斑铜矿以及斑铜矿-赤铁矿-辉铜矿集合体等天然硫化物矿物样品,研究了其热电特性。研究结果表明,300~700 K下,除磁黄铁矿具有低塞贝克系数和超高电导率而表现出金属导体的电输运行为外,黄铁矿和黄铜矿为n型半导体,斑铜矿和斑铜矿-赤铁矿-辉铜矿集合体为p型半导体,具有150~500μV/K的显著塞贝克系数和5~95 S/cm的电导率,说明样品在地热梯度下具有产生显著热电效应的能力。根据激光闪射法测得的热扩散率以及样品的理论比热、密度计算热导率,斑铜矿及硫化物矿物集合体样品表现出小于1 W/(m·K)的低热导率,说明样品在局部热源影响下可形成较大温差。根据热电基本理论和地热梯度构建天然热电效应模型,对硫化物半导体矿物集合体产生的天然热电势、额外地表电流密度及热电转换效率进行了模拟计算得出经验公式,发现硫化物半导体矿物在300~650 K条件下能产生100 mV左右的天然热电势,产生的最大热电转化率可达4‰,且可以通过偶极电流源模型计算矿物体产生的额外地表电流密度。研究认为硫化物半导体矿物可能作为天然热电转换介质深刻影响地球内部能量的转化与传递过程。

地表“矿物膜”中锐钛矿-β-胡萝卜素协同增强日光响应特性研究

为探究"矿物膜"中半导体矿物与光合色素间的日光响应协同作用,对采自安徽潜山市郊的"矿物膜"样品进行了矿物组成和色素组成分析。同步辐射X射线粉末衍射测定表明,样品富含锐钛矿、赤铁矿等半导体矿物;拉曼光谱证实其中存在地表广泛分布的光合色素:β-胡萝卜素。在此基础上开展锐钛矿-β-胡萝卜素协同增强日光响应模拟实验。合成锐钛矿电极并对其进行系统的矿物学表征,紫外-可见漫反射吸收谱计算其禁带宽度约为3.07 eV;莫特-肖特基计算得到的平带电位约为-0.16 V,载流子浓度约为3.25×1026 cm-3;光电化学测试结果显示其具有一定可见光光电转化能力。经β-胡萝卜素敏化处理后,锐钛矿电极平均光电流密度提升了400%,在425~550 nm间光吸收值提高,该波段位于日光辐射能量集中的波长范围内,且与β-胡萝卜素吸收范围吻合,表明二者间存在日光吸收及光电响应协同增强作用。