在國(guó)家自然科學(xué)基金委、科技部和中科院的大力支持下，中國(guó)科學(xué)院化學(xué)研究所光化學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的研究人員在光催化活化分子氧機(jī)理研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在近期的德國(guó)《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(zhuān)門(mén)介紹，Nature China對(duì)此研究成果也作了“亮點(diǎn)”評(píng)述。
光催化反應(yīng)過(guò)程中分子氧的作用及其活化機(jī)理是該研究領(lǐng)域的一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。此前，該研究組利用同位素標(biāo)記等實(shí)驗(yàn)研究TiO2光催化氧化醇類(lèi)分子時(shí)，發(fā)現(xiàn)在反應(yīng)過(guò)程中醇分子中的氧原子*被氧分子中的一個(gè)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(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)等實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了與以往貴金屬等催化氧化機(jī)理*不同的TiO2光催化反應(yīng)氧原子交換機(jī)理（Angew. Chem. Int. Ed., 2009, 48, 6081-6084）。
在進(jìn)一步研究反應(yīng)的微觀機(jī)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(lèi)分子光催化轉(zhuǎn)化，由于摻雜SiO2能增加酸的吸附位點(diǎn)，當(dāng)用Bronsted酸對(duì)TiO2/SiO2復(fù)合光催化劑進(jìn)行表面修飾后，加速作用進(jìn)一步加強(qiáng)，速率限制步驟得到證實(shí)。表面光譜及動(dòng)力學(xué)分析表明，質(zhì)子能夠有效促進(jìn)在光催化活化分子氧過(guò)程中TiO2表面形成的Ti-過(guò)氧化物中間物種的分解，進(jìn)而使得表面光催化活性位點(diǎn)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(jī)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)。