二氧化钛表面吸附和光催化反应原位超快动力学研究

Photocatalysis of metal oxide materials is closely related to the various physical processes and chemical reactions.Probing and measuring dynamics of surface photocatalysis in microscopic quantum system is helpful to understand and reveal the mechanism of TiO2 surface photocatalysis, that is of great importance for developing the new materials of clean energy and the new methods of pollution elimination. In this report, we propose to study molecules adsorption and In-situ ultrafast dynamics of TiO2 surface photocatalysis by using scanning tuneling microscopy coupled with ultrafast laser, that exhibits high resolutions of space, energy and time. Our research interests include: 1) adsorption of inorganic molecules such as H2O on TiO2 surface and interaction between adsorbates and substrate;2)dynamics of surface adsorption of inorganic molecules on TiO2 surface under illumination of light;3)ultrafast dynamics of chemical reaction of inorganic molecules with TiO2 photocatalysis;4)ultrafast dynamics of chemical reaction of organic molecules with TiO2 photocatalysis.

金属氧化物表面光催化与多个不同的物理和化学过程紧密相关。在微观量子化系统中，探测和测量表面光催化反应中的超快动力学过程，认识和掌握TiO2表面光催化反应动力学机理，这对于我们真正地了解和利用金属氧化物表面光催化特性，开发新型清洁能源，新型环保材料，新型污染物处理方法有重要的科学意义。所以，本项目提出结合具有原子级高空间分辨的电子扫描隧道显微镜技术和具有皮秒/飞秒时间分辨的超快激光技术，实现时间，空间和能量上的高分辨，研究二氧化钛表面吸附和光催化反应原位超快动力学过程。研究内容主要包括：1) 光照射前后TiO2表面无机小分子/纳米结构吸附以及与衬底之间的相互作用；2) TiO2表面无机小分子吸附和光催化反应原位超快动力学过程；3）探索研究TiO2表面有机分子吸附和光催化反应原位超快动力学的过程。

金属氧化物表面光催化与多个不同的物理和化学过程紧密相关。在微观量子化系统中，探测和测量表面光催化反应中的超快动力学过程，认识和掌握TiO2表面光催化反应动力学机理，这对于我们真正地了解和利用金属氧化物表面光催化特性，开发新型清洁能源，新型环保材料，新型污染物处理方法有重要的科学意义。所以，本项目提出结合具有原子级高空间分辨的电子扫描隧道显微镜技术和具有皮秒/飞秒时间分辨的超快激光技术研究二氧化钛表面吸附和光催化反应原位超快动力学过程。经过四年的项目实施，我们主要完成以下工作：1）完善和改进了原位超快时间分辨探测的技术和方法，实现时间，空间和能量上的高分辨；2）利用该技术，在原子尺度上完成TiO2表面光生载流子超快动力学研究；3）完成了TiO2表面缺陷光激发电子态调制和动力学研究。4）完成了有利于增强表面活性的TiO2表面改性研究。