近日，中科院大連化學(xué)物理研究所楊學(xué)明院士領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)在“甲醇在TiO2(110)表面上光催化產(chǎn)氫”工作中取得新進(jìn)展，該成果“Molecular Hydrogen Formation from Photocatalysis of Methanol on TiO2(110)”發(fā)表在最新一期的《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上（J. Am. Chem. Soc., 2013, 135 (28), 10206–10209）。
在二氧化鈦光催化分解水過程中，甲醇的加入能夠提高產(chǎn)氫效率，同時(shí)，甲醇本身也能光催化產(chǎn)氫。但是甲醇光催化產(chǎn)氫的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理并不十分清晰，如果能從分子層次上認(rèn)識(shí)這一過程，將可能為發(fā)展高效催化劑提供新的思路。
楊學(xué)明帶領(lǐng)的表面光化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)小組，利用自行研制的基于高靈敏度質(zhì)譜的表面光化學(xué)裝置，系統(tǒng)研究了單分子層(ML)甲醇覆蓋的TiO2(110)在紫外光照射后的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程。早期結(jié)果(J. Am. Chem. Soc., 2012, 134 (32), 13366–13373)表明甲醇在光照過程中通過O-H鍵及C-H鍵的斷裂形成甲醛，解離出的大量氫原子轉(zhuǎn)移到旁邊的橋氧原子上形成BBO-H，沒有形成氫氣。本次研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)在二氧化鈦表面升溫過程中，一部分氫原子會(huì)奪取表面的橋氧原子先以水(H2O)的形式從表面脫附出來，產(chǎn)生表面氧空位，只有少量的氫原子會(huì)復(fù)合成氫氣脫附出來。隨著表面氧空位濃度的增加，橋氧上剩余的氫原子則更容易結(jié)合成氫氣分子脫離。
該成果在二氧化鈦的光催化產(chǎn)氫研究中具有重要意義。通過對(duì)甲醇在TiO2(110)產(chǎn)氫機(jī)理的深入理解，可以以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步研究和分析金屬摻雜二氧化鈦光催化劑的光催化產(chǎn)氫過程，并能為新型催化劑的發(fā)展提供線索。
以上研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委和中科院相關(guān)項(xiàng)目的資助。
