二氧化钛与水的外文翻译.doc

水在二氧化钛上的吸附学号：200813031267 姓名：刘智水可能是在TiO2上最重要的吸附物，因为很多得应用都要涉及水在TiO2表面的运动与吸附。例如几乎所有的光催化过程都是在水环境中发生的。在TiO2表面得水蒸气和表面上的表面氢氧根很容易的就会影响吸附和反应过程。水在TiO2表面的吸附在近年来已经吸引了广泛关注。在这方面已经做了很多实验，也提出来很多得理论。最近Henderson477在水在固体表面吸附领域发表了一篇优秀概述文章。作为概述，最近几年的部分文章在表 中有。如果想获得更多的细节，可以翻阅Henderson的文章。477表8(部分)基底技术/吸附/反应引用综述477金红石(100)，实验金红石(100)-(13),表面喷钛处理UPS，TPD，分子吸附在(100)-(13)，但是在Ti3+处分解27金红石(100)有点缺陷UPS 在氧空位分解479-481金红石(100)-(11)(13)喷钛处理TPD 吸附有离子。分子、解离只有水分子197金红石(100)TPD 可逆反应174金红石(100)理论水分子簇计算，水分解486金红石(100)电结构计算，离子吸附能量更低241金红石(110)UPS，离子吸附能量更低762金红石(110)UPS,不在化学表面吸附，在缺陷吸附763金红石(110)有缺陷在光照下，润湿角减小489金红石（110）TPD，同位素法，水在空穴处吸附127金红石（110）TPS,XPS,功能团，在第一层水分子吸附在表面的五个钛离子中间，第二峰值在180Know，水有一个双层结构175.金红石（110）HREELS,TPD,同位素，水的电离分解浓度达到71013mol/cm2,理想表面不会吸附水分子电离，第二层水分子只通过桥氧起连接作用，128,174金红石（110）TPD,D2O分解，热处理时在缺陷处产生D2，缺陷修复490金红石(100) 大部分得理论和实验研究都认同: 水在完备的金红石(100)TiO2表面能够扩散一定得范围。在早期的研究中27预测到并在以后的光谱实验174，479484证明了水能以解离状和分子两种形式吸附在固体表面。这跟TiO2表面得台阶，点缺陷479-481和Ti3+出现在表面的位置有关。在相同的粘附系数(130K)下，(11)和(13)两种重构表面上水分子的解离数量会有细微得差别。197. 吸附与解除吸附是一个相互可逆的过程。分子水是唯一的解附产物，表面通常不会被氧化。一些文章484中提到在水环境或高浓度的水蒸气环境导致缺陷处的氧化，但在类似的文章中又没有提到92，485。大部分理论214，241，486，但又不是所有的理论认同一个观点：在解离吸附覆盖有分子吸附。金红石(110)。虽然科学家们做了很多金红石(110)吸附水的工作，但是在水的初始吸附运动方面，大家有很大得分歧。特别是在理论研究和实验研究之间的分歧更大。但同时大多数实验都表明在TiO2(110)表面除了绝陷处外，水分子不会发生解离。但是很多理论研究指出解离吸附一定存在. Brinkley等人在研究水在吸附过程中的运动时，研究了水分子束散射，发现水的粘性在很大的温度区间中都存在，实验最高温度达到600K，并且非常少的水分子在解离吸附之前分解了，同时发现了在0的极限附近的只有很少的水分子在分解了。这与Henderson128.174和hugenschmidt等175做的TPD(程序升温脱附(TPD)研究一致. 在高温区的峰值归因与在缺陷、氧缺位处分解的水分子竭力吸附从新复合128.174.175。文章作者强调平坦的表面如TIO2(110)表面不会导致水分子的分解，但是表面缺陷会导致水分子的分解。同时也有很多的放射实验同意这个观点，如表8所示。但是在细节上还是有分歧的。比如：缺陷处水分解的温度就有不同的观点128，488，489。同样的，大部分作者都认为水在缺陷处的吸附是可逆的，条件是在临界温度以上水分子离开表面一定距离490。还有一些文章提到水分子分解会产生氢分子，伴随对缺陷处的还原修复487.还有文章指出170，477指出实验用TiO2样品表面的无序，复杂特点是实验结果不一致的原因。最近的STM研究支持了以前的结果：解离吸附发生在表面缺陷处。水分子在平整表面完整存在。对在TiO2的(110)和(100)表面上水分子的不同吸附行为，如图50，Henderson构建了模型来解释。水分子在表面的吸附状态：裸露在表面的五个Ti原子之间，氢原子在外侧。因为接触位置的原子和表面邻近的氧离子之间的氢键会促进质子的运输。所以水分子与邻近氧原子的距离就非常重要。在TiO2(100)表面(1*1)水分子是倾斜吸附在表面上，并且水分子和邻近氧原子的距离足够小满足水分子与氧原子之间形成氢键。另一方面，TiO2表面上吸附的水分子中的氧离子与表面的氧原子之间的距离大于3，这个距离杜绝了氢键的形成。这个模型同样说明了表面氧缺位与水在表面分解相关的原因。吸附在缺位的水分子处在合适的位置上，在这个位置上有利与水分子的分解和氢氧根的存在。Wang等的92，485指出水分子在氧缺位的位置分解对水的润湿性质会有微观效应。通常情况下，TiO2是一种亲油憎水材料。但是，暴露在紫外光下的TiO2表面的水的接触角减小到092，485. 材料有憎水材料表现处亲水性。在UHV研究中给出了解释：表面空穴的存在，分解睡姿，同时形成了微观的亲水基团，是由憎水材料表现亲水性的原因。同时在H2O/TiO2的实验中有完全相反的结果。大多数的理论计算结果表明水的分解状态在完备的TiO2(110)表面上能量更低。分子之间的氢键是维系离子、水分子之间稳定的一个重要因素99，492，493。另外的计算指出：因为水在TiO2表面的分解是能量优化那么就可能存在一个阻止水分解的一个势垒。当很多学者都在用单个水分子研究证明水的分解吸附的时候，有一篇文章用水分子簇表明了水的分子吸附494。Norskov和同事最近所作的DFT薄皮计算结果与实验数据吻合(在表面阶梯水的分解是一个吸热、在缺陷处分解是放热的过程)，他们强调在实验计算中水分子的几何外形在能量计算中是一个重要因素。一个使用Carr-Parinello逼近的分子动力学模拟了化学剂量TiO2表面的水的分子吸附。可惜的是没有其他的实验结果重复证明。在TiO2表面氧缺位位置上的水分子不会自发的分解。同样，在文章105中讨论了单个氢氧根不会在TiO2(110)表面存在，这与近来的STM结果相悖。多层水分子的吸附行为被好几个研究小组研究过128，174，175，197，477，487.在TPD研究的图51中在180K有一个明显的二层峰值。这表明有一个双层结构，且第二层是平坦的。使用HREELS( 高分辨电子能量损失谱)工具，可以肯定在第二层的水分子只通过桥氧原子产生相互作用128。在TiO2(100)的多层水(主要是分解水)遵从零阶解除吸附行为。这与在TiO2(110)的多层水相反，在这上面接触吸附行为是有偏差的。197，19