二氧化钛是一种备受关注的光催化材料,甲醛是一种常见的剧毒有机气体.研究甲醛的转化对环境保护和能源开发有重要意义.我们的工作讨论了甲醛在二氧化钛光催化分解的反应机理.实验确认了甲醛在无氧缺陷的二氧化钛金红石(110)面光催化分解产生一氧化碳,我们采用第一性原理计算的方法,系统地研究了甲醛在二氧化钛金红石(110)面的吸附行为和分解产生一氧化碳的反应路径.甲醛在该表面有三种典型的吸附构型,其中双配位吸附结构最稳定(比次稳定吸附构型吸附能高约1eV).最稳定吸附构型通过两步脱氢,形成在同一桥氧链上两个OH,产生一氧化碳从表面释放.该反应的决速步为第二步脱氢过程,NEB计算得到的反应势垒约为2eV.我们还尝试了先从最稳定吸附构型转变为次稳定吸附构型,再通过两步脱氢在相邻两个桥氧链形成两个OH,其中的决速步仍为第二步脱氢过程,不同之处在于反应势垒相比直接脱氢要低0.3eV.计算结果表明,甲醛分子以双配位构型吸附在二氧化钛金红石(110)面,在分解产生一氧化碳的过程中,经过转变成次稳定吸附构型再脱氢分解的反应路径能量上更有利,可能反映了该分解反应真实的动力学过程.此外,甲醛分子代表了典型有机物的价键和电子结构,为其他类似有机分子的催化反应的研究提供了参考.