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内容

染料污染物光催化降解过程表面Ti-H物种的发现及其重要作用

     

      一般认为染料敏化过程中产生的电子和直接紫外激发过程产生的电子在导带上的捕获、传输等过程一样,不同之处是来源不同,前者来自激发态的染料注入,后者直接来自价带电子的跃迁。实际研究发现这两种过程的微观机理有着显著差别。我们利用原位反射红外光谱、魔角核磁共振和电子顺磁共振等技术,研究了染料敏化二氧化钛光催化体系表面反应机理,结合H/D取代的醇和48Ti/49Ti取代的二氧化钛的同位素标记方法,首次从实验上直接证明了在染料敏化反应过程中,二氧化钛表面产生了Ti-H物种,并且证明这个物种是光催化效率下降和失活的最主要的原因。通过原位反射红外光谱我们追踪到了Ti-H键的生成(与TiH2标准物中的Ti-H键一致)。通过使用H/D取代的甲醇及钛同位素(49Ti)取代的二氧化钛,均观察到了由于同位素存在所导致的位移。这样一种Ti-H物种的生成来源于在TiO2表面发生的质子的还原和受激发染料电子的注入。表面Ti-H键的生成会显著降低二氧化钛的界面电子转移能力和表面极性和亲水性,从而影响染料敏化降解以及其它电子转移过程的性能,该研究结果为我们深入理解染料污染物敏化降解反应机理及设计高效染料敏化体系有重要的意义。研究成果发表在J. Am. Chem. Soc.(2017, 139, 2083-2089)上。