Identifying the Role of Photogenerated Holes in Photocatalytic Methanol Dissociation on Rutile TiO2(110)

金红石 光催化 异构化 离解(化学) 甲醇 光化学 催化作用 键裂 均分解 锐钛矿 化学 物理化学 激进的 热力学 物理 有机化学
作者
Jiawei Zhang,Chao Peng,Haifeng Wang,P. Hu
出处
期刊:ACS Catalysis 卷期号:7 (4): 2374-2380 被引量:83
标识
DOI:10.1021/acscatal.6b03348
摘要

As an important model reaction, photocatalytic methanol dissociation on rutile TiO2(110) has drawn much attention, but its reaction mechanism remains elusive. Using DFT+U calculations, we investigate the whole dissociation process of methanol into formaldehyde with and without photogenerated holes, aiming to illustrate how the hole is involved in the dissociation. We find that the O–H dissociation of methanol is a heterolytic cleavage process and is likely to be thermally driven; the presence of a hole has no promotion on the barrier and enthalpy change. In contrast, the subsequent C–H bond cleavage follows the homolytic cleavage mode and is likely to be photochemically driven; great enhancement can be made in both kinetics and thermodynamics when holes are introduced. The essential roles of holes in promoting C–H dissociation are identified, and what kinds of catalytic reactions can or cannot be facilitated by holes is discussed. Our findings may considerably broaden the understanding of photocatalytic chemistry.
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