学术讲座【TiO2面上电荷计数模型与水的分解】
时间：2017年12月6日（周三）10:40-11：20
地点：理工3号楼303会议室
主讲：徐力方，中国科学院物理所量子模拟中心，研究员、主任工程师
主办：物理与能源学院、福建省量子调控与新能源材料重点实验室、福建省太阳能转换与储能工程技术研究中心
专家简介：
徐力方，1984年于中国科技大学近代物理系理论物理专业获学士学位, 师从于渌教授。1989年于意大利 International School for Advanced Studies (SISSA)获硕士和博士学位，师从E. Tosatti, M. Parrinello, A. Selloni., 以后在中国科学院理论物理所和瑞典UMEA大学理论物理系从事博士后研究。2005年至今任中国科学院物理所量子模拟中心研究员、主任工程师。主要从事量子物理解析解,计算物理,计算机管理等多方面的工作。
报告摘要：
自从上个世纪70年代发现二氧化钛(TiO2)能分解水以来，人们已经对其开展了大量的研究工作，并且在多个领域得到了广泛的应用。由于二氧化钛的性质取决于其表面的特性，我们提出了一个定性描述表面活性的电荷计数模型：在TiO2的晶体结构中，Ti原子与周围的O原子成六配位，对于最外层具有4个电子的Ti原子来说，平均到每个键上的电子为4/6（即2/3），因此，表面上四配位的Ti原子有两个不饱和键可以与水分子相互作用并且提供4/3的电子，从而能够造成水分子的分解，而表面上五配位的Ti5原子仅能提供2/3的电子参与相互作用，不足以赶走水中的氢原子。我们首先用第一性原理方法计算锐钛矿TiO2（211）面的性质验证了该模型，TiO2（211）面上同时存在有Ti4和Ti5原子，计算表明Ti4原子能够分解水，而Ti5原子难以分解水。从而，这个简单的电荷计数模型成功地解释了水分子分解的机理。在此基础上，我们进一步地大量地调研了文献中关于水分解的各种情形，发现所有能够分解水的TiO2表面，以及台阶和边角上都存在有等价于Ti4的原子，而不具有Ti4原子的面则不能分解水。因而，电荷计数模型对于水在TiO2各种表面的分解行为的理解有着普适的意义。
