二氧化钛表面光催化产氢研究获进展

中科院大连化物所杨学明院士领导的科研团队，近期在二氧化钛表面光催化产氢研究中获得新进展。相关成果发表于最新一期的《美国化学会志》。

据了解，甲醇能提高二氧化钛光催化分解水的产氢效率，而甲醇本身也能光催化产氢。锐钛矿(anatase)是由二氧化钛组成的三种矿物之一，另外两种是金红石(rutile)和板钛矿。目前，科学家普遍认为，锐钛矿表面的光催化产氢效率要高于金红石表面，但其产氢反应机理仍未完全明晰。如果能从分子水平上理解二氧化钛不同表面的产氢机理，可为发展高效催化剂提供新思路。

杨学明团队利用自行研制的基于高灵敏度质谱的表面光化学装置，系统研究了单分子层甲醇覆盖的rutile-TiO2(110)表面在紫外光照射后的反应动力学过程。此次他们深入研究了甲醇分子在anatase-TiO2(101)表面的光化学反应。结果表明，甲醇分子在anatase-TiO2(101)表面的光化学行为和在rutile-TiO2(110)表面很相似。但是，由于anatase-TiO2(101)表面结构的特异性，桥氧原子比rutile-TiO2(110)表面更稳定。在升温过程中，甲醇解离产生的桥氧氢原子不会夺取桥氧原子生成水从表面脱附出来。分析表明，大约有40%左右的桥氧氢原子以氢气形式脱附出来，这也解释了anatase-TiO2(101)表面产氢效率较高的原因。