Forskare har presenterat en strategi genom att samtidigt införa ljusomkopplingsbar syrevakans och dopingmo i Bi 5 O 7 Br nanosheets för effektivt fotokatalytiskt N 2 fixering. Den modifierade fotokatalysatorn har uppnått förhöjt N 2 fixeringsfotoaktiviteter på grund av den optimerade ledningsbandpositionen, förbättrad ljustillgänglighet, förbättrad N 2 adsorption och laddningsbärarseparation. Upphovsman:Chinese Journal of Catalysis
Forskare har presenterat en strategi för att samtidigt införa ljusomkopplingsbar syrevakans och dopa Mo i Bi 5 O 7 Br nanosheets för effektivt fotokatalytiskt N 2 fixering. Den modifierade fotokatalysatorn har uppnått förhöjt N 2 fixeringsfotoaktiviteter på grund av den optimerade ledningsbandpositionen, förbättrad ljustillgänglighet, förbättrad N 2 adsorption och laddningsbärarseparation.
Frågan för att uppnå effektivt kväve (N 2 ) reduktion till ammoniak (NH 3 ) har inneburit en betydande utmaning i decennier eftersom den inerta N≡N -bindningen knappast kunde brytas på grund av den extremt stora bindningsenergin på 940,95 kJ mol –1 . Hittills, den industriella fixeringen av N 2 till NH 3 monopoliseras av den energiintensiva Haber-Bosch-processen (673-873 K och 15-25 MPa), som ohållbart använder naturgas för att göra vätet (H 2 ) råmaterial med enorm energiförbrukning från fossila bränslen, vilket leder till en stor mängd koldioxid (CO 2 ) utsläpp. I detta sammanhang, fotokatalytisk N 2 minskning betraktas som ett hållbart alternativt sätt för NH 3 syntes från N 2 och vatten under omgivande förhållanden.
Dock, effektiviteten hos de flesta traditionella fotokatalysatorer är fortfarande långt ifrån tillfredsställande främst på grund av den hårda bindningsdissociationen av det inerta N 2 , vilket beror på den svaga bindningen av N 2 till det katalytiska materialet och ytterligare ineffektiv elektronöverföring från fotokatalysator till de antibindande orbitalerna i N 2 . För att främja effektiviteten hos N 2 fotofixering, introduktion av elektrondonerande centra som katalytiska aktiveringsställen för optimering av N 2 adsorptionsegenskaper och förbättring av fotoexciterad laddningstransport i katalysatorerna är en lovande strategi.
Syrevakans (OV) representerar den mest utbredda och vanligaste undersökta typen av ytdefekt för N 2 fixering. Å ena sidan, OV kan enkelt skapas för sin relativt låga bildningsenergi; å andra sidan, OV kan hjälpa fotokatalysatorer att få spännande N 2 fixering fotoaktivitet på grund av dess överlägsenhet i N 2 fånga och aktivera. Därför, en halvledare med tillräckliga OV kan vara gynnsamma för att förbättra sitt N 2 fixeringsprestanda. Övergångsmetall (TM) dopning är en annan allmänt undersökt effektiv metod för att förbättra fotoaktiviteten hos N 2 fixering, eftersom TM -arten har den fördelaktiga förmågan att binda (och till och med funktionalisera) med inert N 2 vid låga temperaturer på grund av deras tomma och upptagna d-orbitaler, som kan uppnå TM-N 2 samspel via "acceptans-donation" av elektroner. Mo, som ett kritiskt element i det katalytiska centrumet i mystiskt Mo-beroende nitrogenas, har väckt stor uppmärksamhet för N 2 fixering. För detta ändamål, OV-rika och Mo-dopade material skulle vara idealiska kandidater för N 2 fotofixering. Dessutom, skiktade vismutoxibbromid (BiOBr) -material har väckt många uppmärksamheter på grund av deras lämpliga bandgap och unika skiktstrukturer. För BiOBr-baserade halvledare, som Bi 3 O 4 Br och Bi 5 O 7 Br, det har avslöjats att OV med tillräckliga lokaliserade elektroner på sin yta underlättar fångst och aktivering av inert N 2 molekyler.
Nyligen, ett forskargrupp som leds av prof. Yi-Jun Xu från Fuzhou University, Kina rapporterade att introduktionen av OV och Mo dopant i Bi 5 O 7 Br nanosheets kan anmärkningsvärt förbättra fotoaktiviteten hos N 2 fixering. De modifierade fotokatalysatorerna har visat det optimerade ledningsbandets position, förbättrad ljusabsorption, det förbättrade N 2 adsorption och laddningsbärarseparation, som tillsammans bidrar till att höja N 2 fixering fotoaktiviteter. Detta arbete ger ett lovande tillvägagångssätt för att designa fotokatalysatorer med ljusomkopplingsbara OV för N 2 minskning till NH 3 under milda förhållanden, betonar det breda tillämpningsområdet för nanostrukturerade BiOBr-baserade fotokatalysatorer som effektiv N 2 fixeringssystem. Resultaten publicerades i Chinese Journal of Catalysis .
