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锐钛矿型TiO(101)表面上甲酸质子的命运

The Fate of the Formic Acid Proton on the Anatase TiO(101) Surface.

作者信息

Fallacara Erika, Finocchi Fabio, Cazzaniga Marco, Chenot Stéphane, Stankic Slavica, Ceotto Michele

机构信息

Institut des NanoSciences de Paris (INSP), Sorbonne Université, CNRS UMR 7588, 4 Place Jussieu, 75252, Paris, France.

Dipartimento di Chimica, Università degli Studi di Milano, Via C. Golgi 19, 20133, Milano, Italy.

出版信息

Angew Chem Int Ed Engl. 2024 Nov 25;63(48):e202409523. doi: 10.1002/anie.202409523. Epub 2024 Oct 30.

DOI:10.1002/anie.202409523
PMID:39077986
Abstract

As a prototype adsorption reaction of gas Brønsted acid on oxides, we study the adsorption of formic acid on anatase. We perform infrared spectroscopy measurements of adsorbed HCOOH and HCOOD on TiO nanopowders, from 13 K up to room temperature in an ultra-high vacuum chamber. We assign the IR signals via computed spectra from nuclear quantum dynamics simulations using our divide-and-conquer semiclassical ab initio molecular dynamics method. The acid proton forms an extraordinarily short and strong hydrogen bond with the surface oxygen. The strength of this hydrogen bond, that compares to H bonds in ice at high pressures, is at the root of a substantial redshift with respect to the typical free OH stretching frequency, which eludes its straightforward detection.

摘要

作为气体布朗斯特酸在氧化物上的原型吸附反应,我们研究了甲酸在锐钛矿上的吸附。我们在超高真空腔室中对吸附在TiO纳米粉末上的HCOOH和HCOOD进行了红外光谱测量,温度范围从13 K到室温。我们通过使用我们的分治半经典从头算分子动力学方法进行的核量子动力学模拟计算光谱来确定红外信号。酸性质子与表面氧形成了异常短而强的氢键。这种氢键的强度与高压下冰中的氢键相当,是相对于典型的游离OH伸缩频率发生大幅红移的根源,这使得其难以直接检测。

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