【摘要】 分子模拟用于研究TiO2 表面化学吸附现象

TiO2 的表面化学吸附性质非常复杂，在紫外光照射下，TiO2价带电子被激发到导带，电子和空穴向TiO2表面迁移，在表面生成电子空穴对，电子与Ti反应，空穴则与表面桥氧离子反应，分别形成正三价的钛离子和氧空位。此时，空气中的水解离吸附在氧空位中，成为化学吸附水，化学吸附水可进一步吸附空气中的水分，形成物理吸附层。甚至TiO2不同晶型的表面上以及同一种晶型的不同表面上的吸附行为都不同[1]。通过了解反应物分子在 TiO2 表面的吸附行为，可以让我们更好地认识材料，从而方便对 TiO2 催化剂材料的表面进行调控，最后再根据需求来设计我需要的 TiO2 催化剂材料。

 

Vittadini 等[2]通过第一性原理计算方法研究脱硝的反应机理，具体来说：用周期密度泛函方法研究了TiO 2（锐钛矿）表面接枝的VO（x）物种催化NH（3）选择性还原NO的反应。NH（3）在（101）个5倍配位Ti位以Lewis键合络合物和（001）个Ti-OH位以H键合络合物的形式被裸载体分子吸附。预测了稳定的亚单层VO（x）物种的类似相互作用，它们提供V（5+）路易斯酸位点和V-OH位点。Ti-OH和亚单层V-OH基团都不是对NH（3）的Brønsted酸。发现了路易斯键和H键NH（3）配合物生成NH（2）NO中间体的反应途径。在前一种情况下，需要NH（3）的（速率决定）脱质子步骤，而在后一种情况下，NH（2）NO是通过协同机制直接生成的。这表明许多通道可能有助于NO还原过程。

 

这种反应机理需要反应物NH3分子吸附在表面的 Lewis 酸性位上或者通过羟基吸附在表面，据此推测宽松一点的表面可以使更多的反应物 NH3 分子吸附在表面，所以可能更适应选择性催化还原（SCR）反应[1]。

 

参考文献

[1] 吕玲红, 陆小华, 刘维佳,等. 分子模拟在化学工程中的应用[J]. 化学反应工程与工艺, 2014, 30(3):12.

[2] Vittadini A, Casarin M, Selloni A. First principles studies of vanadia−titania monolayer catalysts: mechanisms of NO selective reduction[J]. The Journal of Physical Chemistry B, 2005, 109(5): 1652-1655.

 

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