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Self-hydrogenated shell promoting photocatalytic H2 evolution on anatase TiO2.
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2018-07-16 , DOI: 10.1038/s41467-018-05144-1 Yue Lu , Wen-Jin Yin , Kai-Lin Peng , Kuan Wang , Qi Hu , Annabella Selloni , Fu-Rong Chen , Li-Min Liu , Man-Ling Sui
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2018-07-16 , DOI: 10.1038/s41467-018-05144-1 Yue Lu , Wen-Jin Yin , Kai-Lin Peng , Kuan Wang , Qi Hu , Annabella Selloni , Fu-Rong Chen , Li-Min Liu , Man-Ling Sui
As one of the most important photocatalysts, TiO2 has triggered broad interest and intensive studies for decades. Observation of the interfacial reactions between water and TiO2 at microscopic scale can provide key insight into the mechanisms of photocatalytic processes. Currently, experimental methodologies for characterizing photocatalytic reactions of anatase TiO2 are mostly confined to water vapor or single molecule chemistry. Here, we investigate the photocatalytic reaction of anatase TiO2 nanoparticles in water using liquid environmental transmission electron microscopy. A self-hydrogenated shell is observed on the TiO2 surface before the generation of hydrogen bubbles. First-principles calculations suggest that this shell is formed through subsurface diffusion of photo-reduced water protons generated at the aqueous TiO2 interface, which promotes photocatalytic hydrogen evolution by reducing the activation barrier for H2 (H-H bond) formation. Experiments confirm that the self-hydrogenated shell contains reduced titanium ions, and its thickness can increase to several nanometers with increasing UV illuminance.
中文翻译:
自氢化壳促进了锐钛矿型TiO2上光催化H2的释放。
作为最重要的光催化剂之一,TiO 2引发了数十年的广泛兴趣和深入的研究。在微观尺度上观察水和TiO 2之间的界面反应可以提供对光催化过程机理的关键见解。当前,表征锐钛矿型TiO 2的光催化反应的实验方法主要限于水蒸气或单分子化学。在这里,我们使用液体环境透射电子显微镜研究了锐钛矿型TiO 2纳米粒子在水中的光催化反应。在TiO 2上观察到自氢化的壳氢气泡产生之前的表面。第一性原理计算表明,该壳是通过在TiO 2水溶液界面处产生的光还原水质子的地下扩散而形成的,该质子通过减少H 2(HH键)形成的活化势垒而促进光催化氢的释放。实验证实,自氢化壳包含还原的钛离子,并且随着紫外线照度的增加,其厚度可以增加到几纳米。
更新日期:2018-07-16
中文翻译:
自氢化壳促进了锐钛矿型TiO2上光催化H2的释放。
作为最重要的光催化剂之一,TiO 2引发了数十年的广泛兴趣和深入的研究。在微观尺度上观察水和TiO 2之间的界面反应可以提供对光催化过程机理的关键见解。当前,表征锐钛矿型TiO 2的光催化反应的实验方法主要限于水蒸气或单分子化学。在这里,我们使用液体环境透射电子显微镜研究了锐钛矿型TiO 2纳米粒子在水中的光催化反应。在TiO 2上观察到自氢化的壳氢气泡产生之前的表面。第一性原理计算表明,该壳是通过在TiO 2水溶液界面处产生的光还原水质子的地下扩散而形成的,该质子通过减少H 2(HH键)形成的活化势垒而促进光催化氢的释放。实验证实,自氢化壳包含还原的钛离子,并且随着紫外线照度的增加,其厚度可以增加到几纳米。