Anatase TiO₂ is commonly used as a catalyst/support in reactions involving H₂O₂, yet the understanding of interactions between common TiO₂ surfaces and H₂O₂ remains limited. Herein, we synthesized well-defined TiO₂ crystallites with (101), (001), and fluorine-modified (001) [F-(001)] surfaces to examine how surface features, including the arrangement of five-coordinated Ti (Ti_5c) sites and the presence of fluorine, influence H₂O₂ activation. Our findings reveal that these surface features significantly affect the physiochemical properties of adsorbed H₂O₂. Specifically, fluorine on the F-(001) surface introduces an additional hydrogen bond to the Ti_5c-peroxo species, altering the electronic structure of H₂O₂ compared to those with the (101) and (001) surfaces. Using cyclohexene as a probe substrate, we successfully distinguished the reactivities of the Ti_5c-peroxo species. The activity of those on the F-(001) surface was significantly higher than the activity of those on the (001) surface, while the (101) surface showed negligible oxidation activity. These insights can guide the design of TiO₂-based catalysts for H₂O₂-related reactions.

中文翻译：

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操纵原始锐钛矿型 TiO2 上的 H2O2 反应性在氧化反应中的各种表面特征和影响


锐钛矿型 TiO₂ 通常用作涉及 H₂O₂ 的反应中的催化剂/载体，但对常见 TiO₂ 表面与 H₂O₂ 之间相互作用的理解仍然有限。在此，我们合成了具有 （101）、（001） 和氟改性 （001） [F-（001）] 表面的定义明确的 TiO₂ 微晶，以检查表面特征，包括五个配位的 Ti （Ti_5c） 位点的排列和氟的存在，如何影响 H₂O₂ 活化。我们的研究结果表明，这些表面特征显着影响吸附的 H₂O₂ 的理化性质。具体来说，F-（001） 表面的氟向 Ti_5c-peroxo 物种引入了额外的氢键，与具有 （101） 和 （001） 表面的氟相比，改变了 H₂O₂ 的电子结构。使用环己烯作为探针底物，我们成功区分了 Ti 5c-peroxo 物质的反应性。F-（001） 表面的活性显著高于 （001） 表面的活性，而 （101） 表面的氧化活性可以忽略不计。这些见解可以指导用于 H₂O₂ 相关反应的 TiO₂ 基催化剂的设计。