이산화 티타늄 (TIO2)은 고대 이후 흰색 안료로 사용 된 일반적인 물질입니다. 그러나 오늘날에는 과학계 내에서 소위 광촉매 특성으로 더 잘 알려져 있습니다. 이는 빛의 흡수를 통해 화학 반응을 촉매하는 능력을 의미합니다. 이것은 햇빛 에너지가 화학 반응을 유도하는 데 사용될 수있는 과정, 예를 들어 물을 산소와 수소로 분할하거나 합성 연료로 의산화탄소를 줄이거 나 공기, 물 및 토양에서 독성 화합물을 분해하는 과정입니다.
이산화황 (SO2)은 화석 연료 연소 동안 방출되는 독성 대기 오염 물질이며, TIO2 표면의 광촉매를 통해 연도 가스에서 직접 제거 될 수 있음이 밝혀졌습니다. 올바른 반응 전도 하에서, SO2 분자는 TIO2 표면에 단단히 결합 될 수 있고 장기 광촉매 성능을 연장하고 표면 친수성 (물에 매력적)을 렌더링하는 방식으로 황산염에 추가로 산화 될 수 있음이 밝혀졌다.
.이러한 이유로, TIO2 표면에서 SO2가 어떻게 반응하는지에 대한 근본적인 지식을 얻는 것이 큰 관심사입니다. 양자 기계 모델링에 기초한 시뮬레이션과 함께 IRRAS (적외선 반사-흡수 분광학)라는 특수한 유형의 적외선 분광법 기술을 사용하여, 단일 결정 표면에서 SO2 분자의 상세한 방향을 식별 할 수 있었다.
IRRAS 기술은 화학적 동일성, 결합 강도 및 표면에서 분자의 방향에 대한 독특한 정보를 제공합니다. 결합 형상은 TIO2 결정의 다른 방향을 따라 선형 분극 광 사고로 IRRA를 측정함으로써 평가된다. 표면에 다른 결합 방향을 갖는 분자는 특정 편광 및 발병 방향으로 빛과 다르게 반응합니다. 양자 기계 계산을 사용하여 안정적인 흡착 구성을 계산함으로써 이러한 응답을 시뮬레이션 한 다음 측정 된 결과와 직접 비교할 수 있습니다.
이러한 결합 된 실험 및 이론적 작업 노력은 초고속 진공 환경에서 SO2와 단결정 루틸 TIO2 (110) 사이의 상호 작용을 독특하게 매핑 할 수있게 해주었다. 결과는 이전에보고 된 데이터의 재 해석으로 이어졌으며, 우리는 이제 SO2가 황산염-유사 표면 종을 형성 한 다음 산소 원자 공석 및 물과 추가로 반응하여 표면 결합 황산염 종을 형성한다고 주장했다.
.이들은 양성자 공급원으로서 작용하는 산성 특성으로 인해 친수성 특성과 향상된 광촉매 활성을 유도하는 단단한 분자이다. 우리는 이전에 이러한 표면 종이 고온에서 산소 분위기에서 자외선 조명시 형성됨을 보여 주었다. 우리의 최근 연구 결과는 산소 공석을 함유 한 표면에 물이있는 경우에도 형성 될 수 있음을 시사합니다.
그 결과는 Rutile TIO2 (110)에 대한 SO2 흡착이라는 제목의 기사에보고되어 있으며, 최근 저널 Surface Science 에 발표 된 적외선 반사 흡수 분광법 및 밀도 기능 이론 연구. . 이 작품은 스웨덴 웁살라 대학교의 David Langhammer, Jolla Kullgren, Pavlin Mitev 및 Lars Österlund가 수행했습니다.
