tio2(金红石)的表面催化

结论与展望
• 由于二氧化钛本身具有优良的光催化特性,其在绿色能源(如太阳能电池,光催
化产氢)和环境保护(例如污水净化处理,表面自洁净和有机污染物降解方面) 等领域有着重要的应用前景,迅速成为科学研究和工业应用的新宠。
• 二氧化钛相关应用逐渐延伸到我们生产生活的各个领域,与此同时针对二氧
化钛表面光催化机理的研宄也日益深入,如果我们能够真正理解二氧化钛表 面光催化动力学过程的本质,就有可能实现靶向设计制备高效率催化剂。
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水在Rutile (110)表面的相关研究
• 2006年,Wendt等人首次观
察到了在187 K温度下H2O 分子会在Ti5c列上进行移 动,在运动过程中如果遇到 氧空位Ov时就会在空位处 发生解离并形成OHb对,如 图 (A)。
• 2008年,Li等人发现室温下吸
附在氧空位处的水分子解离
后会形成吸附在桥氧列上的
氢原子,并且这两个氢原子 可以在桥氧链上发生移动, 如图 (B)。
• 2012年,Tan等人应用STM研究发现通过针尖向水分子施加脉冲的方式可以
使吸附在Ti5c上的H2O分子发生解离反应,如图 (A)所示,在2.4 eV的电子激发 下H2O分子的两个H原子可以逐步脱附。同时Tan还应用紫外光照射表面的 方法研究了水分子在Rutile (110)表面的光致解离行为:如图 (B)所示。
表面悬挂的五配位的Ti原子。两种不同配位的氧原子:三配位 的体相氧原子和面氧原子以及两配位的桥氧原子(与上层Ti原 子相连接的键在“切割”过程中断裂)。由于桥氧原子的不饱 和配位键作用,其在退火过程中非常容易造成缺失,形成表面氧 空位。这种点缺陷的存在会影响表面的化学结构,甚至在宏观 上影响表面的化学反应过程。
金红石的表面结构
• 在表面驰豫作用下真空中Rutile(llO)表面结构如图。晶体沿着图(A)中的虚线
A进行“切割”,相同数量的Ti—O, O—Ti键被打破,得到 (B)的模型结构图,其中 悬挂键的Ti离子中的迁移电子刚好和悬挂键O离子中的缺失电荷相匹配。
• Rutile中包含了两种不同的Ti原子:体相内的六配位的Ti原子和
• 2011年,Henderson小组利用TPD的方法研究了甲醇及甲氧基在Rutile (110)表
面的光化学反应过程,其实验结果认为在光照条件下吸附在Ti5c的甲醇分子 基本上是没有光化学活性的,在光照过程中基本没有发生化学反应。而通过 与共吸附氧气和甲醇制备的甲氧基则具有很高的光化学活性,在光照下迅速 反应转化成甲酸,同时解离一个H原子到旁边的桥氧上。
TiO2（金红石）的表面催化
二氧化钛的结构和性质
• 二氧化钛是一种常见是N型半导体,属于多晶型的化合物,自然界中的二氧化
钛主要有三种存在形式:金红石(Rutile),板钛矿(Brookite)以及锐钛矿(Anatase), 如图所示三种矿物结构堆垛图。其中金红石型的结构最为稳定,其他两种矿 型在超过特定温度加热过程中均会发生相变转化为金红石。
参考文献
• [1]. 徐晨彪, 小分子在二氧化钛表面的光化学动力学研究, 2014, 大连理
工大学. 第 195页.
甲醇在Rutile (110)表面的相关研究
• 2006年Zhang等人第一次在室温下利用STM观测到了
甲醇分子在桥氧空位处的吸附解离过程,同时发现甲 醇羟基上的H原子会转移到旁边位置的桥氧原子上,剩 余的CH3O填补在原来的氧空位处, 。同时Zhang等人 还发现在沿着Ti5c列扩散的CH3OH分子帮助下,桥氧上 吸附的氢原子可以转移到其他桥氧列上。