水和甲醇在金红石型二氧化钛(100)表面光解离产氢的研究

Photocatalytic water splitting to hydrogen production, which was initiated by the great discovery of photocatalytic water splitting with TiO2 and Pt electrode in 1972, has found its significance in the development of renewable energy and adjustment of energy structure. The new discovery reveals the potential use of photocatalytic water splitting to hydrogen production. Up to now, most of these studies are focused on the establishment of the correlation between the synthesis route, structure of the photocatalysts and the performance, the investigation of microscopic mechanism of hydrogen production with TiO2 photocatalyst at the molecular level was impeded by the complexity of the system. Motivated by these, we intend to study elementary steps of water and methanol splitting on rutile TiO2(100)-(1×1) and (1×3) surfaces using temperature programed desorption and time of flight spectroscopy combined with scanning tunneling microscopy, to get a deeper insight into the microscopic mechanism of hydrogen production. We also plan to study the effects of crystal phase, surface, and metal loading on hydrogen production. We aim at providing a better understanding of these microscopic structure and process, mechanism of TiO2 photocatalysis, and clues for developing new efficient photocatalysts.

光催化分解水制氢对我国新能源的开发和能源结构的调整有深远的意义。1972年日本科学家Fujishima和Honda发现以二氧化钛(TiO2)和Pt为电极，光照TiO2电极能够光催化分解水产氢，提出了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。然而当前的研究主要集中在研究催化剂的合成方法和结构与光催化活性之间的关系，对原子分子水平上的水分解产氢的微观机理研究还不够深入。基于此现状，本项目拟采用扫描隧道显微镜、高灵敏度程序升温脱附谱、时间飞渡谱等方法，全面深入地研究水和甲醇在金红石TiO2(100)-(1×1)与(1×3)表面解离产氢的基元过程，认识光催化的微观机理。希望能够加深对TiO2光催化性能的认识，理解TiO2晶相、晶面和金属助催化剂对水和甲醇解离产氢的影响，探究光催化的微观机制，为新型高效光催化剂的制备提供理论基础。

光催化分解水制氢对我国新能源的开发和能源结构的调整有深远的意义。1972年日本科学家Fujishima和Honda发现以TiO2和Pt为电极，光照TiO2电极能够光催化分解水产氢这一现象，从而揭示了利用太阳能直接分解水制氢的可能性，开辟了利用太阳能光解水制氢的研究道路。 然而当前的研究主要集中在研究催化剂的合成方法和结构与光催化活性之间的关系，对原子分子水平上的水分解产氢的微观机理研究还不够深入。基于此现状，本申请项目采用扫描隧道显微镜与高灵敏度程序升温脱附谱、时间飞渡谱等方法，全面深入地研究金红石 TiO2表面小分子光化学和热化学反应的基元过程，认识其中的微观机理，加深对 TiO2 光催化性能的认识。理解 TiO2 晶相、晶面和金属助催化剂对光催化反应的影响，探究光催化的微观机制，能够为新型高效光催化剂的制备提供理论基础。另外，我们同时利用现有的实验室条件，在基础科研的同时，开展了精细化工方面的研究，相关文章皆已发表。