Modulating Ti t2g Orbital Bonding in Dual‐Channeled TiO2/rGO Hybrid Architecture for Stable Photocatalytic Methanol to Hydrogen

材料科学 光催化 甲醇 氢键 对偶(语法数字) 化学工程 纳米技术 有机化学 分子 催化作用 文学类 工程类 艺术 化学
作者
Wen‐Bei Yu,Hengrui Zhang,Hongwei Zhang,Yao Liu,Yu Li,Bao‐Lian Su
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202410816
摘要

Abstract Carbon materials are commonly integrated with TiO 2 to achieve high carrier mobility and excellent photocatalytic performance, and the chemical bond between TiO 2 − C is considered as a significant strategy to enhance efficiency. Nevertheless, few analyses have elucidated the formation mechanism of Ti 3 + − C bonds and the underlying reasons for the performance enhancement. To address these issues, this study conducts an in‐depth investigation into the electronic structure of TiO 2 − C and demonstrates that the charge in the nonbonding molecular orbital t 2 g of Ti 3 + is transferred to the unoccupied 2 p energy level of C through the formation of 1π and 2π bonds, i.e., (Ti 3 d xz ‐ C 2 p y ) and (Ti 3 d xy ‐ C 2 p x ). The hybridization of t 2 g ‐2 p orbitals endows the Ti 3 + − C bond with higher carrier mobility and a stronger binding force, thereby contributing to stable photocatalytic H 2 production. Inspired by this scenario, the NSTiO 2 /rGO hybrid architecture, featuring the {101}/{001} surface heterojunction and the Ti 3 + − C interfacial chemical bond, has been constructed. As a result, the hybrid catalyst exhibited excellent photocatalytic cycling stability of and an H 2 evolution rate of 33.4 mmolh −1 g −1 . This work proposes a strategy for designing efficient photocatalyst by regulating orbitals to achieve high‐performance photocatalytic methanol splitting.
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