目前，打破一个孤立的H₂O分子的强共价O−H键仍极具挑战性，但当H₂O分子通过氢键与其他分子相连时，它可以在很大程度上促进这一过程。在自然光合作用和人工光催化中，氢键网络的形成和执行对水的分解至关重要，目前正需要人们进行分子水平上的微观和光谱研究。

近日，中科大王兵，赵瑾，谭世倞首次在锐钛矿型TiO₂ (001)-(1×4)表面观察到光激发水裂解。

文章要点

1）氢键网络的形成是通过将水的覆盖率精确调节到一个单分子层以上来控制的。在紫外光照射下，氢键网络为光激发空穴的转移打开了一个级联通道，伴随着质子的释放形成表面羟基。由原位UV/X-射线光电子能谱监测，生成的羟基为TiO₂表面提供了多余的电子，导致Ti⁴⁺还原为Ti³⁺，并导致了带隙态的出现。

2）密度泛函理论（DFT）计算表明，吸附在1 ML以上的额外H₂O分子可以桥接表面O位和Ti⁴⁺位的H₂O以形成H-键网络，为光激发空穴转移到H₂O提供级联通道，伴随质子转移到TiO₂表面，以完成水分解。除了广泛关注的光催化剂的独特活性之外，研究还表明，普遍存在于实际水/催化剂界面的内部氢键网络对于水分解至关重要。

参考文献

Xiaochuan Ma, et al, Hydrogen-Bond Network Promotes Water Splitting on the TiO₂ Surface, J. Am. Chem. Soc., 2022

DOI: 10.1021/jacs.2c03690

https://doi.org/10.1021/jacs.2c03690