大連化物所二氧化鈦表面光催化產氫工作取得新進展

本刊訊 近日，大連化物所楊學明院士領導的科研團隊在“甲醇在TiO2（110）表面上光催化產氫”工作中取得新進展，該成果發表在最新一期的《美國化學會志》上（J. Am. Chem. Soc.， 2013， 135 （28）， 10206–10209）。

在二氧化鈦光催化分解水過程中，甲醇的加入能夠提高產氫效率，同時，甲醇本身也能光催化產氫。但是甲醇光催化產氫的化學反應機理并不十分清晰，如果能從分子層次上認識這一過程，將可能為發展高效催化劑提供新的思路。

楊院士帶領的表面光化學反應動力學小組，利用自行研制的基于高靈敏度質譜的表面光化學裝置，系統研究了單分子層（ML）甲醇覆蓋的TiO2（110）在紫外光照射后的反應動力學過程。早期結果（J. Am. Chem. Soc.， 2012， 134 （32）， 13366–13373）表明甲醇在光照過程中通過O-H鍵及C-H鍵的斷裂形成甲醛，解離出的大量氫原子轉移到旁邊的橋氧原子上形成BBO-H，沒有形成氫氣。本次研究進一步發現在二氧化鈦表面升溫過程中，一部分氫原子會奪取表面的橋氧原子先以水（H2O）的形式從表面脫附出來，產生表面氧空位，只有少量的氫原子會復合成氫氣脫附出來。隨著表面氧空位濃度的增加，橋氧上剩余的氫原子則更容易結合成氫氣分子脫離。

該成果在二氧化鈦的光催化產氫研究中具有重要意義。通過對甲醇在TiO2（110）產氫機理的深入理解，可以以此為基礎進一步研究和分析金屬摻雜二氧化鈦光催化劑的光催化產氫過程，并能為新型催化劑的發展提供線索。