该研究结果以“CO2 Photoreduction on metal Oxide Surface is Driven by Transient Capture of Hot Electrons: Ab initio Quantum Dynamics Simulation。”为题，发表在J. Am. Chem. Soc.[J. Am. Chem. Soc.142, 6, 3214 (2020)]上。第一作者褚维斌在合肥微尺度物质科学国家研究中心取得博士学位，赵瑾教授为通讯作者。
固体表面CO2光还原一直是一个有挑战的科学问题，其中主要的瓶颈存在于CO2分子的LUMO轨道能量过高，难以捕获光激发的热电子而产生还原反应。赵瑾教授研究团队利用自主研发的第一性原理激发态动力学软件Hefei-NAMD对TiO2表面的CO2光还原机制进行了研究。研究发现，由于CO2分子的LUMO能量高于TiO2的导带底能量，因此CO2分子难以稳定地捕获电子，在一定的寿命之内，CO2上的电子将会衰减回TiO2导带。
图片说明： TiO2表面CO2光致解离过程。(1) 光激发产生具有一定寿命的瞬态CO2-; (2) CO2-寿命大于12fs时，弯曲振动模式与非对称拉伸振动模式被激发，CO2 LUMO在10 fs之内被降低至导带底之下；(3) CO2在80 fs的时间内捕获热电子并重新形成稳定的CO2-；(4) 30-40 fs之后CO2-解离。
然而，如果CO2吸附在TiO2的氧缺陷位置，并且其捕获电子的寿命可以超过12飞秒，形成短暂寿命的CO2-，那么CO2分子的弯曲和非对称拉伸两种振动模式就会被有效激发，就可以将CO2的LUMO轨道能量降低至TiO2导带底之下，并保持150 fs左右的时间，此时CO2可以在80 fs 之内有效捕获导带上的电子，并在之后的30-40 fs发生解离形成CO分子。这项工作揭示了CO2振动模式激发在光还原过程中的关键性作用，并从第一性原理计算的角度对TiO2表面CO2分子的光致还原的激发态动力学给出了清晰的描述。
本工作是Hefei-NAMD软件的又一重要应用，自2016年起，利用该软件发表的学术论文已接近30篇。
