Chemical Dynamics of the First Proton-Coupled Electron Transfer of Water Oxidation on TiO2 Anatase

作者
Chen Jia,Yefei Li,Patrick H.‐L. Sit,Annabella Selloni
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:135 (50): 18774-18777 被引量:180
标识
DOI:10.1021/ja410685m
摘要

Titanium dioxide (TiO2) is a prototype, water-splitting (photo)catalyst, but its performance is limited by the large overpotential for the oxygen evolution reaction (OER). We report here a first-principles density functional theory study of the chemical dynamics of the first proton-coupled electron transfer (PCET), which is considered responsible for the large OER overpotential on TiO2. We use a periodic model of the TiO2/water interface that includes a slab of anatase TiO2 and explicit water molecules, sample the solvent configurations by first principles molecular dynamics, and determine the energy profiles of the two electronic states involved in the electron transfer (ET) by hybrid functional calculations. Our results suggest that the first PCET is sequential, with the ET following the proton transfer. The ET occurs via an inner sphere process, which is facilitated by a state in which one electronic hole is shared by the two oxygen ions involved in the transfer.

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