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闡明TiO₂上光誘導水分解的機制對于推進對光催化的理解和控制光催化表面反應性能尤為重要，然而，不完整的實驗信息和復雜的電子-核耦合動力學使微觀理解極具挑戰性。近日，中國科學院孟勝、張萃、普林斯頓大學Annabella Selloni使用第一性原理動力學模擬分析了水-金紅石TiO₂（110）界面上光生電荷載流子傳輸和光誘導水離解的原子途徑。

本文要點：

1) 作者觀察到兩種不同的機制，場引發的電子遷移通過質子轉移到表面橋接氧而導致吸附水離解。在另一種途徑中，吸附的水解離是通過向第二層水分子提供質子而發生的，該分子與平面內表面晶格畸變促進的光激發空穴轉移耦合。

2) 作者觀察到非絕熱平面內晶格運動的膨脹和恢復，這與Ti-3d軌道中的布居變化密切相關。此外，控制電子-核動力學可以提高光催化材料的性能。

參考文獻：

Peiwei You et.al Correlated electron–nuclear dynamics of photoinduced water dissociation on rutile TiO₂ Nature Materials 2024

DOI: 10.1038/s41563-024-01900-5

https://doi.org/10.1038/s41563-024-01900-5