在分子水平上理解金属氧化物上界面水分子的脱氢作用及其相互作用的本质依赖于追踪光和氢原子的运动的能力，这是一个巨大的挑战。目前，全球信息技术正跨入以量子效应为特征的“后摩尔”时代。单分子尺度体系具有丰富的功能结构和独特的量子性质，将成为量子计算和信息技术物质载体的最佳选择之一。中科院院士、中国科学技术大学教授侯建国领衔的“单分子尺度的量子调控研究集体”对单分子尺度体系进行不断的探索，发展和提升了单分子尺度量子态的探测、操纵及调控技术，率先实现了国际上最高水平的亚纳米分辨的单分子拉曼成像。近日，中国科学技术大学侯建国院士和王兵教授等人合作利用扫描隧道显微镜对TiO₂(110)上的Ti位点表面促进水脱氢的过程进行了精确的测量。通过测量H₂O和D₂O的氢键动力学，发现振动和电子激发态主导了两个H (D)原子从H₂O (D₂O)分子到相邻表面氧活性位点的逐渐转移，表明了脱氢过程中氧化表面的重要作用。结果表明，在化学计量的Ti₅c位点上，单个H₂O分子在能量上不如解离形式稳定，根据实验和理论结果，解离形式的势垒可能只有大约70~ 120meV，而且界面氢键可以有效地辅助H原子在表面的转移和交换。该工作揭示的定量氢键动力学为水与金属氧化物的相互作用提供了一种新的原子机制。

Shijing Tan; Hao Feng; Qijing Zheng; Xuefeng Cui; Jin Zhao; Yi Luo; Jinlong Yang; Bing Wang; Jian Guo Hou. Interfacial hydrogen-bonding dynamics in surface-facilitated dehydrogenation of water on TiO₂(110). Journal of the American Chemical Society, 2019.

DOI: 10.1021/jacs.9b09132

https://doi.org/10.1021/jacs.9b09132