二氧化鈦光催化效率研究獲進展

中科院大連化學物理研究所楊學明研究員領導的反應動力學研究組的研究工作Site-specific photocatalytic splitting of methanol on TiO2(110)發表在《化學科學》（Chemical Science ）(2010, 575-580,DOI: 10.1039/C0SC00316F)上，并被Science評為亮點文章。

    甲醇能提高二氧化鈦光催化分解水的效率，但是甲醇本身與二氧化鈦的相互作用并不清楚。如果能從分子層次上認識這一過程，將可能為發展新的高效催化劑提供線索。

    楊學明研究員領導的反應動力學團隊用自行發展的實時雙光子光電子能譜方法(TD-2PPE)，研究了單分子層(ML)甲醇覆蓋的TiO2(110)在紫外光照射過程中的雙光子光電子能譜的變化，結合高分辨掃描隧道顯微鏡(HR-STM)實驗，得到了吸附在5配位鈦原子上(5c Ti4+)的甲醇的光催化解離的直接證據，消除了多年的爭議。該解離過程是通過O-H鍵的斷裂，并且將氫原子轉移到旁邊的橋氧原子上。密度泛函理論(DFT)計算表明，形成的甲氧基與它所吸附的鈦原子發生強烈相互作用，鈦原子位置被抬升，態密度(DOS)發生變化，在費米能級以上約2.5eV處出現新的電子態。這與雙光子光電子能譜實驗中觀測到的位于費米能級以上2.4eV的激發態相符。從雙光子光電子能譜隨時間的演化來看，該光誘導解離過程是一個典型的非均相過程。

    該成果在二氧化鈦的光催化研究中具有重要意義。甲醇的O-H鍵在二氧化鈦上是有光化學活性的，這也從一方面解釋了為什么在水中加入甲醇能提高二氧化鈦光催化產氫的效率。該結果還表明，5配位的鈦原子也是具有光催化活性的，但是它的重要性在以前還未被認識到。（來源：中科院大連化學物理研究所）