在國家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院的大力支持下，中國科學(xué)院化學(xué)研究所光化學(xué)院重點實驗室的研究人員在光催化活化分子氧機理研究方面取得新進展，相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的德國《應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49, 7976-7979），并被選為VIP論文，作為內(nèi)封面作了專門介紹，Nature China對此研究成果也作了“亮點”評述。
光催化反應(yīng)過程中分子氧的作用及其活化機理是該研究領(lǐng)域的一個關(guān)鍵科學(xué)問題。此前，該研究組利用同位素標(biāo)記等實驗研究TiO2光催化氧化醇類分子時，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)過程中醇分子中的氧原子*被氧分子中的一個氧原子所置換（置換率＞99%）生成相應(yīng)的羰基化合物。基于順磁共振、氧同位素標(biāo)記拉曼光譜、動力學(xué)同位素效應(yīng)等實驗結(jié)果，提出了與以往貴金屬等催化氧化機理*不同的TiO2光催化反應(yīng)氧原子交換機理（Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 6081-6084）。
在進一步研究反應(yīng)的微觀機理和速率限制步驟中，他們發(fā)現(xiàn)在TiO2表面吸附Bronsted酸能夠大大加快醇類分子光催化轉(zhuǎn)化，由于摻雜SiO2能增加酸的吸附位點，當(dāng)用Bronsted酸對TiO2/SiO2復(fù)合光催化劑進行表面修飾后，加速作用進一步加強，速率限制步驟得到證實。表面光譜及動力學(xué)分析表明，質(zhì)子能夠有效促進在光催化活化分子氧過程中TiO2表面形成的Ti-過氧化物中間物種的分解，進而使得表面光催化活性位點再生，因此加速了光催化循環(huán)和反應(yīng)。
該研究有助于深入理解TiO2光催化活化分子氧的微觀機理，為今后制備新型光催化劑和調(diào)控光催化反應(yīng)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。