光催化分解水反应的关键步骤是空穴氧化反应。人们需要从分子级别和高分辨率的研究真实情况中复杂光催化反应过程。有鉴于此，维也纳大学Ellen H. G. Backus等通过飞秒时间分辨率的表面敏感和频振动光谱技术，研究与液态水直接接触时TiO₂室温光催化反应。

主要内容

（1）

由于表面光谱研究方法对表面的特异性，能够在反应发生的时间尺度直接观测界面水分子的反应情况。在300 fs内，光催化导致光催化剂产生电子和空穴。当催化剂在紫外光照射条件时因为光激发生成空穴后，水分子能够在<20 ps内发生解离。当pH 3或11，反应的机理非常类似。在两种反应情况作者都发现H₂O分子转化为Ti-OH官能团，而且观测发现形成的Ti-OH上能够发生脱质子化。

（2）

这项研究说明了光催化剂界面分解水过程中的实验观测，该研究有助于设计性能更加优异的光催化剂。

参考文献

Ellen H. G. Backus, Saman Hosseinpour, Charusheela Ramanan, Shumei Sun, Simon J. Schlegel, Moritz Zelenka, Xiaoyu Jia, Maximilian Gebhard, Anjana Devi, Hai I. Wang, Mischa Bonn, Ultrafast Surface-Specific Spectroscopy of Water at a Photoexcited TiO₂ Model Water-Splitting Photocatalyst, Angew. Chem. Int. Ed. 2023

DOI: 10.1002/anie.202312123

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/anie.202312123