Relationship between interatomic electron transfer and photocatalytic activity of TiO2

光催化 X射线光电子能谱 材料科学 电子转移 催化作用 激发 分子 分解水 光化学 制氢 光催化分解水 氢键 化学物理
作者
Yajun Zhang,Jiamei Liu,Yan Zhang,Yingpu Bi
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier]
卷期号:51: 504-512 被引量:36
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2018.07.004
摘要

We demonstrate the direct observation of interatomic electron excitation and transfer on single-crystal TiO2 (001) surface for water splitting by a synchronous illumination X-ray photoelectron spectroscopy (SI-XPS). The quantitative results clearly reveal that the initially absorbed water molecules on TiO2 surface promote the electron transfer between Ti and O atoms. However, when water molecule was dissociated into OH and H groups on Ti and O sites, respectively, the electron excitation and transfer ability have been gradually decreased and finally terminated, probably due to the reverse electron-attraction of OH group on Ti atoms. Amazingly, when Pt co-catalyst was deposited on TiO2, the electron excitation between Ti and O atoms have been significantly enhanced and no evident decrease has been observed during the entire water splitting process. In addition, the changes of Pt–O and Ti–O chemical bonds at the photocatalytic interfaces have been also detected. Furthermore, based on the above mechanism studies, the photocatalytic hydrogen production system for Pt/R-TiO2 (001) in KOH solution containing CH3OH was proposed, which exhibits a significant enhancement of hydrogen evolution rate (20.78 μmol h−1), which is nearly 2.5 times higher than that of traditional Pt/R-TiO2 (001) in CH3OH system (8.35 μmol h−1). The finding in this work may pave the way for developing other high-efficiency photocatalytic hydrogen production system over TiO2-based photocatalysts.
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