甲醇在TiO2(110)表面上光催化解离研究取得新进展

近日,我所杨学明院士领导的科研团队在“甲醇在TiO2(110)表面上光催化解离研究”工作中取得新进展,该成果“Stepwise Photocatalytic Dissociation of Methanol and Water on TiO2(110)”发表在近期的《美国化学会志》期刊上(J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (32), pp 13366–13373)。

甲醇能提高二氧化钛光催化分解水的效率,但是甲醇以及水与二氧化钛的相互作用并不清楚。如果能从原子分子层次上认识这一过程,将可能为发展新的高效催化剂提供线索。

杨学明院士带领表面光化学反应动力学小组,用自行发展的基于高灵敏度质谱仪的表面光化学反应动力学装置,研究了甲醇覆盖的TiO2(110)表面在紫外光照射后反应物及产物Temperature Programmed Desorption(TPD)谱图的变化。结果表明甲醇解离成了甲醛,解离过程是通过O-H键以及C-D的断裂,并且将氢(氘)原子转移到旁边的桥氧原子上完成的。密度泛函理论 (DFT)计算结果与实验一致。

该成果在二氧化钛的光催化研究中具有重要意义。甲醇解离生成甲醛和氢气是工业催化过程中的第一步反应,但是实验结果只观察到生成的H原子留在TiO2(110)表面上,这从一方面解释了二氧化钛光催化分解水产氢效率低的原因。该结果还表明,5配位的钛原子也是具有光催化活性的,但是它的重要性在以前还没有被认识到。

以上研究得到了国家自然科学基金委和中科院相关项目的资助。(文/图 郭庆)
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