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《自然—材料学》:水在锐钛矿表面吸附的微观

  “自然 - 材料科学”:揭示了在锐钛矿表面吸附的水的微观图像

  英国“自然 - 材料科学”杂志近日发表湖北大学“楚天学者计划”何运斌教授及其合作者关于TiO2表面吸附水分的重要研究进展:研究人员首次在分子水平上显示其覆盖率较低比单分子层水吸附在锐钛矿TiO2(101)表面的显微图像;首次发现水分子通过锐钛矿TiO2基底(界面电子转移)而相互排斥或吸引,形成局部排列的2×2表面超晶格结构。据悉,氢气燃烧值高,燃烧产物(水)不会造成环境污染,被认为是理想的无污染绿色能源。氢能作为解决能源危机和环境问题的理想手段之一,已成为世界各国竞相发展的焦点。在氢能发展的众多手段中,利用太阳能光催化分解氢气是最理想和最有前景的手段之一。自1972年以来,日本学者藤岛发现TiO2在水面上光催化分解水,TiO2在水面的吸附已成为氧化物表面领域的热门话题之一。由于迄今为止大尺寸的锐钛矿单晶样品稀少,亚稳定的锐钛矿相具有较高的光催化活性,但是到目前为止,人们更关注稳定性最好的金红石TiO2的水稳定性。在最新的研究中,何运斌及其合作者利用天然矿物单晶样品,结合先进的低温高分辨率STM和密度泛函理论计算,首次在分子水平显示其覆盖度小于An (101)显微图像表面吸附了水分子的原子层,结果表明,水分子吸附在锐钛矿型TiO 2完整的TiO 2(101)表面,没有分子位错,吸附的水分子通过锐钛矿TiO 2基质介质相互作用(界面电子转移)并相互吸引或排斥,形成局部有序的2×2表面超格子结构即这个发现表明水在锐钛矿TiO2(101)表面上的吸附与在其它TiO2和其它金属和氧化物表面上的吸附非常不同。据介绍,金红石TiO2(110)表面,由于表面O空位的存在,水分子被裂解(羟基)和分子态混合状态吸附。由于氢键作用,吸附在固体表面的水分子通常表现出相互吸引力。在锐钛矿TiO2(101)的表面上,水分子在[010]的方向上相互排斥。何运斌及其合作者将这些现象归因于锐钛矿型TiO2(101)表面上的特殊晶体和电子结构。这些研究结果为进一步认识TiO2光催化分解水的微观机理奠定了基础,最终实现了氢能绿色,廉价可靠的制备奠定了基础。点击

  关键字:材料表面

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