在TiO2催化剂上的光催化醇重整反应为半导体异相光催化剂的催化反应过程提供了非常好的平台,其中重要的问题在于高真空条件中还原态金红石TiO2 (110)上,一级醇引发的毒化现象。慕尼黑工业大学Ueli Heiz等通过对比甲醇、2-甲基-2-戊醇的光催化反应过程,作者发现催化剂在甲醇反应中的活性衰减并不是由光生载流子中缺陷态的增加导致,而可能是由于热化学逆反应(特别是光化学氧化反应)的速率提高导致。虽然目前研究者通常会考虑光催化过程中的总体逆反应,但是通常忽略了其中的具体步骤。该研究揭示了之前的研究并未对光催化反应中的复杂过程进行有效的建模。
本文要点:
作者发现,TiO2 (110)界面上的醛和界面-OH基团的反应(逆反应)导致界面上一级醇的转化速率有缺点。在界面上的三级醇光催化反应中,作者发现界面载流子动力学过程并未在催化活性降低中占全部的原因。界面上的OH官能团作为载流子陷阱位点仅仅对光化学反应起到较小的抑制作用,而实际上催化反应活性的降低是由于热化学逆反应过程导致。作者通过相关实验发现,甲醛转化为甲氧基的过程是TiO2 (110)晶面上甲醇光化学反应失活的主要原因,并且三级醇和一级醇的热化学逆反应是完全不同的。
参考文献
Carla Courtois, Moritz Eder, Sebastian L. Kollmannsberger, Martin Tschurl, Constantin A. Walenta, and Ueli Heiz*
Origin of Poisoning in Methanol Photoreforming on TiO2(110): The Importance of Thermal Back Reaction Steps in Photocatalysis, ACS Catal. 2020
DOI:10.1021/acscatal.0c01615
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c01615