污染物光催化降解反应过程中分子氧的作用及其活化机理是该领域研究的一个重要科学问题。分子氧参与了光催化过程中有机污染物的转化及矿化的整个反应过程，期间伴随着各种含氧活性自由基的生成及反应，污染物降解反应的最终净结果为污染物与分子氧反应生成H₂O和CO₂，因此对分子氧如何活化、分子氧与底物/催化剂的相互作用以及氧元素归属等问题的解决将直接关系到整个光催化领域催化效率的提高，并对提高分子氧的利用率及新型光催化体系的建立有着重要的指导意义。项目组前期利用同位素标记等实验研究TiO₂ 光催化氧化反应中的微观过程，发现反应物分子中的氧原子在转化过程中完全被氧分子中的一个氧原子所置换（置换率＞99%）生成相应的羰基化合物，基于顺磁共振、氧同位素标记拉曼光谱、动力学同位素效应等实验结果，提出了与以往贵金属等催化氧化机理完全不同的TiO₂光催化反应氧原子转移机理（Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 6081-6084，封面论文）。在进一步研究反应的微观机理和速率限制步骤中，发现在TiO₂表面吸附Bronsted酸后，对一类醇分子的光催化转化速度大大加快。由于掺杂SiO₂能增加酸的吸附位点，当用Bronsted酸对TiO₂/SiO₂复合光催化剂进行表面修饰后加速作用进一步加强，速率限制步骤得到证实。表面光谱及动力学分析表明质子能够有效促进在光催化活化分子氧过程中TiO₂表面形成的Ti-过氧化物中间物种的分解，进而使得表面光催化活性位点再生，因此加速了光催化循环和反应。相关研究成果发表在Angew. Chem. Int. Ed. (2010, 49, 7976-7979)，被选为VIP (Very Important Paper)论文，并作为内封面 (Inside Cover)做了专门介绍，Nature China对此研究成果也做了评述 (Highlight)。

光催化活化分子氧的速控步