二氧化鈦表面光催化產氫研究獲進展

中科院大連化物所楊學明院士領導的科研團隊，近期在二氧化鈦表面光催化產氫研究中獲得新進展。相關成果發表于最新一期的《美國化學會志》。

據了解，甲醇能提高二氧化鈦光催化分解水的產氫效率，而甲醇本身也能光催化產氫。銳鈦礦(anatase)是由二氧化鈦組成的三種礦物之一，另外兩種是金紅石(rutile)和板鈦礦。目前，科學家普遍認為，銳鈦礦表面的光催化產氫效率要高于金紅石表面，但其產氫反應機理仍未完全明晰。如果能從分子水平上理解二氧化鈦不同表面的產氫機理，可為發展高效催化劑提供新思路。

楊學明團隊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甲醇覆蓋的rutile-TiO2(110)表面在紫外光照射后的反應動力學過程。此次他們深入研究了甲醇分子在anatase-TiO2(101)表面的光化學反應。結果表明，甲醇分子在anatase-TiO2(101)表面的光化學行為和在rutile-TiO2(110)表面很相似。但是，由于anatase-TiO2(101)表面結構的特異性，橋氧原子比rutile-TiO2(110)表面更穩定。在升溫過程中，甲醇解離產生的橋氧氫原子不會奪取橋氧原子生成水從表面脫附出來。分析表明，大約有40%左右的橋氧氫原子以氫氣形式脫附出來，這也解釋了anatase-TiO2(101)表面產氫效率較高的原因。