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Structure of a model TiO2 photocatalytic interface

覆盖层 光催化 金红石 吸附 材料科学 化学物理 分子 密度泛函理论 化学工程 相(物质) 纳米技术 催化作用 物理化学 化学 计算化学 有机化学 工程类 生物化学
作者
Hadeel Hussain,Gabriele Tocci,Thomas Woolcot,X. Torrelles,Chi L. Pang,Dominic Humphrey,Chi Ming Yim,David C. Grinter,Grégory Cabailh,Oier Bikondoa,R. Lindsay,J. Zegenhagen,Angelos Michaelides,G. Thornton
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
卷期号:16 (4): 461-466 被引量:197
标识
DOI:10.1038/nmat4793
摘要

The interaction of water with TiO2 is crucial to many of its practical applications, including photocatalytic water splitting. Following the first demonstration of this phenomenon 40 years ago there have been numerous studies of the rutile single-crystal TiO2(110) interface with water. This has provided an atomic-level understanding of the water-TiO2 interaction. However, nearly all of the previous studies of water/TiO2 interfaces involve water in the vapour phase. Here, we explore the interfacial structure between liquid water and a rutile TiO2(110) surface pre-characterized at the atomic level. Scanning tunnelling microscopy and surface X-ray diffraction are used to determine the structure, which is comprised of an ordered array of hydroxyl molecules with molecular water in the second layer. Static and dynamic density functional theory calculations suggest that a possible mechanism for formation of the hydroxyl overlayer involves the mixed adsorption of O2 and H2O on a partially defected surface. The quantitative structural properties derived here provide a basis with which to explore the atomistic properties and hence mechanisms involved in TiO2 photocatalysis.
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