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在 TiO2(110)上逐步光催化甲醇和水的离解。

Stepwise photocatalytic dissociation of methanol and water on TiO2(110).

机构信息

State Key Laboratory of Molecular Reaction Dynamics, Dalian Institute of Chemical Physics, 457 Zhongshan Road, Dalian 116023, Liaoning, P. R. China.

出版信息

J Am Chem Soc. 2012 Aug 15;134(32):13366-73. doi: 10.1021/ja304049x. Epub 2012 Jul 31.

DOI:10.1021/ja304049x
PMID:22794088
Abstract

We have investigated the photocatalysis of partially deuterated methanol (CD(3)OH) and H(2)O on TiO(2)(110) at 400 nm using a newly developed photocatalysis apparatus in combination with theoretical calculations. Photocatalyzed products, CD(2)O on Ti(5c) sites, and H and D atoms on bridge-bonded oxygen (BBO) sites from CD(3)OH have been clearly detected, while no evidence of H(2)O photocatalysis was found. The experimental results show that dissociation of CD(3)OH on TiO(2)(110) occurs in a stepwise manner in which the O-H dissociation proceeds first and is then followed by C-D dissociation. Theoretical calculations indicate that the high reverse barrier to C-D recombination and the facile desorption of CD(2)O make photocatalytic methanol dissociation on TiO(2)(110) proceed efficiently. Theoretical results also reveal that the reverse reactions, i.e, O-H recombination after H(2)O photocatalytic dissociation on TiO(2)(110), may occur easily, thus inhibiting efficient photocatalytic water splitting.

摘要

我们使用新开发的光催化设备结合理论计算,研究了在 400nm 波长下部分氘代甲醇(CD(3)OH)和 H(2)O 在 TiO(2)(110)上的光催化作用。从 CD(3)OH 中明确检测到了在 Ti(5c)位的 CD(2)O、在桥键氧(BBO)位的 H 和 D 原子等光催化产物,而没有发现 H(2)O 光催化的证据。实验结果表明,TiO(2)(110)上 CD(3)OH 的解离是分步进行的,首先是 O-H 解离,然后是 C-D 解离。理论计算表明,C-D 复合的反向势垒较高,以及 CD(2)O 的易脱附使得 TiO(2)(110)上的甲醇光解反应高效进行。理论结果还表明,TiO(2)(110)上 H(2)O 光解后的反向反应,即 O-H 复合,可能很容易发生,从而抑制了高效的光催化水分解。

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