The Role of Interstitial Sites in the Ti 3d Defect State in the Band Gap of Titania

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作者
Stefan Wendt,Phillip Sprunger,Estephanía Lira,Georg K. H. Madsen,Zheshen Li,Jonas Ø. Hansen,J. Matthiesen,Asger Blekinge-Rasmussen,Erik Lægsgaard,Bjørk Hammer,Flemming Besenbacher
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:320 (5884): 1755-1759 被引量:835
标识
DOI:10.1126/science.1159846
摘要

Titanium dioxide (TiO 2 ) has a number of uses in catalysis, photochemistry, and sensing that are linked to the reducibility of the oxide. Usually, bridging oxygen (O br ) vacancies are assumed to cause the Ti 3d defect state in the band gap of rutile TiO 2 (110). From high-resolution scanning tunneling microscopy and photoelectron spectroscopy measurements, we propose that Ti interstitials in the near-surface region may be largely responsible for the defect state in the band gap. We argue that these donor-specific sites play a key role in and may dictate the ensuing surface chemistry, such as providing the electronic charge required for O 2 adsorption and dissociation. Specifically, we identified a second O 2 dissociation channel that occurs within the Ti troughs in addition to the O 2 dissociation channel in O br vacancies. Comprehensive density functional theory calculations support these experimental observations.
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