(a) TEM-bild av BCN; (b) UV-vis diffusa reflektansspektra, (c) PL-spektra i stabilt tillstånd, (d) transienta fotoströmsvar och (e) N2-TPD för CN och BCN; (f) MD-simuleringsögonblicksbilder av BCN. Kredit:WANG Weikang
Forskare från Institute of Solid State Physics, Hefei Institutes of Physical Science utvecklade ett bornopat kolnitrid-nanoark med B-N-C-koordination för att stabilisera ytexponerade aktiva kväveatomer och dramatiskt förbättra fotokatalytisk ammoniaksyntesprestanda. Deras resultat publicerades i Små .
Det är välkänt att kväve (N 2 ) står för ~78 % i vår atmosfäriska miljö, vilket är väsentligt för nästan alla livsformer inklusive växter och djur på jorden.
Tills nu, den mest mogna tekniken för konstgjord syntetisk ammoniak (NH3) är den över hundra år gamla Haber-Bosch-processen, drivs under drastiska förhållanden på grund av den inneboende inerta egenskapen hos N 2 molekyler.
För närvarande, fotokatalytisk N 2 minskning har ansetts vara ett lovande medel för hållbar NH 3 syntes vid omgivningsförhållanden. Som en klass av metallfri polymer halvledarfotokatalysator, grafitisk kolnitrid (g-C 3 N 4 ) har många fördelar, såsom låg kostnad, överflöd, överlägsen aktivitet i synligt ljus och hög kemisk/fotokemisk stabilitet, uppvisar stor potential för fotokatalytisk kvävereduktionsreaktion (NRR).
Dock, flera problem finns fortfarande förknippade med NRR med hjälp av g-C 3 N 4 -baserad fotokatalysator. Det är en viktig fråga att exponerade aktiva kväveatomer (t.ex. kant- eller amino-N-atomer) i g-C 3 N 4 kunde delta i NH3-syntes under den fotokatalytiska NRR.
Dessutom, den orörda bulken g-C 3 N 4 har i allmänhet relativt låg specifik yta, vilket är negativt för N 2 adsorption och aktivering, såväl som hög rekombinationshastighet av fotogenererade elektroner och hål, vilket resulterar i dess låga fotokatalytiska effektivitet.
Därför, utveckla effektiva strategier för att stabilisera ytexponerade aktiva kväveatomer av g-C 3 N 4 , kan förbättra N 2 adsorption/aktivering och användning av synligt ljus, samtidigt effektivt hämmande av rekombinationen av fotogenererade bärare i g-C 3 N 4 , är ytterst viktig och mycket nödvändig för att uppnå högeffektiv g-C 3 N 4 baserade fotokatalysatorer.
Häri, teamet syntetiserade den porösa B-dopade g-C 3 N 4 nanosheets (BCN) genom en enkel termisk behandlingsmetod med dicyandiamid (DICY) och boroxid (B2O3) som reaktanter. Den bildade B-N-C-koordinationen i BCN förbättrade inte bara effektivt skörden av synligt ljus och undertryckte rekombinationen av fotogenererade bärare i g-C 3 N 4 , men fungerade också som den katalytiskt aktiva platsen för N 2 adsorption, aktivering och hydrering.
Den som syntetiserade BCN uppvisade hög synligt ljusdriven fotokatalytisk NRR-aktivitet, ger en NH 3 utbyte på 313,9 μmol g–1 h–1, nästan 10 gånger av det för orörda g-C 3 N 4 .
