催化剂的不同晶面由于表面能以及原子结构的差别，催化能力会表现出很大的不同，对于锐钛矿相TiO₂来说，典型的三个晶面的表面能分别为：{001} 0.90 J/m² > {100} 0.53 J/m² > {101} 0.44 J/m²，故而一般认为(001)面的催化能力高于(100)及(101)面。

研究发现，(001)面暴露比例可由氢氟酸的浓度来控制，变化范围为10-80%左右。目前，对于（001）面暴露比例的计算方法主要有两种：1）TEM对单个锐钛矿TiO2颗粒的观察，通过各个面的边长来推断（001）面暴露的比例。2）XRD计算暴露比例的方法如下：假设（001）面暴露TiO2纳米颗粒为截角八面体结构，通过谢乐公式可算出[001]方向厚度d，[100]方向平均边长l。同时，我们知道（001）面与（101）面的夹角ɵ为68.3度。那么通过下列公式可大致算出（001）面暴露比例：

对于XRD的表征方法来看，需要假设样品均为规则形状，并且尺寸大小平均。因此，容易导致实验误差。

武汉大学物理科学与技术学院潘春旭课题组最近研究发现，Raman光谱是一种测定锐钛矿相TiO2（001）面暴露比例的有效方法。该方法基于如下原理：不同晶面锐钛矿相TiO2的成键方式、键的振动模式均不同，从而导致Raman峰形、峰位随着暴露比例的变化而变化，如图1所示。

图1 （a）（101）面TiO2表面原子振动模式，（b）（001）面TiO2表面原子振动模式

与此同时，我们从实验上对该方法做出了很好的印证。首先，利用水热法（通过添加不同比例的HF）制备出不同（001）面暴露比例的TiO2纳米片层，并对其进行结构表征，TEM和Raman测试结果如图2所示。

                    图2 TEM和Raman表征结果

对不同（001）面暴露比例的TiO₂纳米片层进行Raman表征，可以看出锐钛矿相TiO₂的Raman峰位分别位于144cm^-1，394cm^-1，514cm^-1和636cm^-1。但同时也可看出，随着HF含量的增加（也就是（001）面暴露比例的增加），E_g峰的强度（144和636cm^-1）降低，而B_1g（394cm^-1）和A_1g（514cm^-1）峰的强度反而增加。这是由于锐钛矿相TiO2的E_g峰是由O−Ti−O的对称伸缩振动所致，主要归结于（101）面表面Ti、O键，而B_1g和A_1g峰分别是由O−Ti−O的对称弯曲振动和非对称弯曲振动所致，主要归结于（001）面表面Ti、O键。鉴于此，我们可以利用Raman光谱中E_g峰和A_1g峰的强度比来判断（001）面暴露比例，其结果与TEM和XRD结果相似。

本工作发表在The Journal of Physical Chemistry C, 2012, 116 (13): 7515–7519. (http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp301256h)