Activation of Water in Titanium Dioxide Photocatalysis by Formation of Surface Hydrogen Bonds: An In Situ IR Spectroscopy Study

吸附 化学 分子 光催化 光化学 氢键 二氧化钛 红外光谱学 电子转移 质子耦合电子转移 光谱学 无机化学 催化作用 化学工程 物理化学 有机化学 物理 工程类 量子力学
作者
Hua Sheng,Hongna Zhang,Wenjing Song,Hongwei Ji,Wanhong Ma,Chuncheng Chen,Jincai Zhao
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:54 (20): 5905-5909 被引量:131
标识
DOI:10.1002/anie.201412035
摘要

Abstract The hole‐driving oxidation of titanium‐coordinated water molecules on the surface of TiO 2 is both thermodynamically and kinetically unfavorable. By avoiding the direct coordinative adsorption of water molecules to the surface Ti sites, the water can be activated to realize its oxidation. When TiO 2 surface is covered by the H‐bonding acceptor F, the first‐layer water adsorption mode is switched from Ti coordination to a dual H‐bonding adsorption on adjacent surface F sites. Detailed in situ IR spectroscopy and isotope‐labeling studies reveal that the adsorbed water molecules by dual H‐bonding can be oxidized to O 2 even in the absence of any electron scavengers. Combined with theoretical calculations, it is proposed that the formation of the dual H‐bonding structure can not only enable the hole transfer to the water molecules thermodynamically, but also facilitate kinetically the cleavage of OH bonds by proton‐coupled electron transfer process during water oxidation.
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