半导体表面的光催化水氧化反应伴随着四个脱氢步骤,以电子和质子成对转移的方式进行,属于质子耦合电子转移过程。上述反应的速率常数通常可以在过渡态理论的框架内进行计算。然而,传统的过渡态理论的基本前提假设之一是反应趋于电子绝热极限,这导致该理论在一定程度上无法准确预测非绝热反应的速率常数理论值。与此相对地,由Hammes-Schiffer等人在Marcus理论的基础上建立并逐渐完善的质子耦合电子转移理论提供了在非绝热极限下推导出的,并且经过相关实验检验的速率常数的理论计算公式。一般而言,半导体表面的光催化水氧化反应既可能是绝热的,也可能是非绝热的,甚至是处于两者之间的形式。因此,本论文将分别从传统的过渡态理论和质子耦合电子转移理论出发,对金红石型二氧化钛（110）半导体表面的光催化水氧化反应进行动力学研究,通过分析比较上述两种理论下的计算结果,从而对水氧化反应的潜在机理有更深入的理解。为尽可能地简化理论模型,研究的重点将会集中在水氧化反应的第一个脱氢步骤上,该步骤仅仅涉及单个的电子转移和单个的质子转移。首先,本论文将利用爬坡弹性带方法（CI-NEB）生成水氧化反应的可能路径并确定反应的过渡态,同时获得反应的能垒（对应于过渡态理论中的反应活化能）,用于计算一定热力学温度下的过渡态理论的速率常数理论值。其次,通过计算绝热度参数来初步判断反应的电子绝热程度,并且利用半经典方法对反应体系的电子振动耦合值进行求算,从而借助电子振动耦合值对水氧化反应的耦合强弱程度进行评估。随后,分别采用传统的Nelsen四点法以及最近出现的四点法变体公式计算反应的重组能,而过渡态结构下的空穴供体和空穴受体之间的电子耦合值的计算则使用投影算符非绝热化（POD）方法。最后,利用质子耦合电子转移理论提供的速率常数计算公式对速率常数进行求值,并将计算结果与过渡态理论的预测值进行比较。