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大连化物所二氧化钛表面光催化产氢工作取得新进展

近日,中科院大连化学物理研究所杨学明院士领导的科研团队在“甲醇在TiO2(110)表面上光催化产氢”工作中取得新进展,该成果Molecular Hydrogen Formation from Photocatalysis of Methanol on TiO2(110)发表在最新一期的《美国化学会志》上(J. Am. Chem. Soc., 2013, 135 (28), 10206–10209)。

在二氧化钛光催化分解水过程中,甲醇的加入能够提高产氢效率,同时,甲醇本身也能光催化产氢。但是甲醇光催化产氢的化学反应机理并不十分清晰,如果能从分子层次上认识这一过程,将可能为发展高效催化剂提供新的思路。

杨学明带领的表面光化学反应动力学小组,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(ML)甲醇覆盖的TiO2(110)在紫外光照射后的反应动力学过程。早期结果(J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (32), 13366–13373)表明甲醇在光照过程中通过O-H键及C-H键的断裂形成甲醛,解离出的大量氢原子转移到旁边的桥氧原子上形成BBO-H,没有形成氢气。本次研究进一步发现在二氧化钛表面升温过程中,一部分氢原子会夺取表面的桥氧原子先以水(H2O)的形式从表面脱附出来,产生表面氧空位,只有少量的氢原子会复合成氢气脱附出来。随着表面氧空位浓度的增加,桥氧上剩余的氢原子则更容易结合成氢气分子脱离。

该成果在二氧化钛的光催化产氢研究中具有重要意义。通过对甲醇在TiO2(110)产氢机理的深入理解,可以以此为基础进一步研究和分析金属掺杂二氧化钛光催化剂的光催化产氢过程,并能为新型催化剂的发展提供线索。

发表时间:2013-07-24    文章来源:大连化物所    阅读次数:90
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