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Journal of the Korean Chemical Society (JKCS)

ISSN 1017-2548(Print)
ISSN 2234-8530(Online)
Volume 46, Number 3
JKCSEZ 46(3)
June 20, 2002 

 
Title
Molecular Orbital Analysis of Water Activation on TiO 2 (110) Surface

TiO2(110)표면에 흡착된 물분자의 결합 활성화에 관한 MO 연구
Author
Dae-Bok Kang

강대복
Keywords
Abstract
TiO2(110)표면에서 물의 OH 결합 활성화가 어떤 전자적 메카니즘에 의해 이루어지는지 extended H ckel 방법을 통해 알아보았다. 물분자는 3a1오비탈의 시그마 상호작용 결과로 5배위 Ti4+ 원자 바로 위에 수직으로 흡착한다. 이 결합구조에서는 물분자의 H 원자가 TiO2의 2배위 bridging O2-(Ob) 원자와 너무 멀리 떨어져 있으므로 OH 결합 해리를 촉진시키는 수소결합 상호작용을 할 수 없으므로 물분자를 Ob 원자쪽으로 기울여 수소결합이 형성되도록 한다. 이 경우 Ob p 오비탈로부터 흡착 물분자의 LUMO 2b1 반결합성 오비탈로 전자밀도의 이동이 일어나고 또 물의 3a1오비탈(약한 결합성)로부터 Ti4+ 3dz2 오비탈로 전자밀도의 이동이 일어남으로써 물의 OH 결합이 상당히 약화됨을 확인할 수 있었고 그 결과 OH와 H로 해리할 것이라는 해석이 가능하다.

A molecular orbital analysis based on the extended Huckel calculations has been carried out to study the OH bond activation of water on the TiO2(110) surface. H2O binds with its axis perpendicular to the surface on top of the five-coordinate Ti4+ atom via its 3a1 orbital. In this bonding situation, the two-coordinated bridging O2- atom (Ob ,basic site) on TiO2(110) is too distant from an H atom of water to form hydrogen-bonding interactions with water that facilitate O-H bond cleavage. It has been elucidated that the O-H bond is appreciably weakened when the water molecule is tilted to give a hydrogen bond with the Ob atom. This mechanism includes mutual transfer of electron density from the 3a1 orbital of the water molecule to the Ti4+ 3dz2 orbital and from the O b p orbitals to the LUMO 2b1 of the adsorbed water molecule. This should result in lengthening of the O-H bond in the surface complex and the subsequent dissociation into the fragments OH and H.

Page
179 - 186
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