Onderzoekers van het Institute of Solid State Physics, Hefei Institutes of Physical Science ontwikkelden met boor gedoteerde koolstofnitride nanosheets met BNC-coördinatie om aan het oppervlak blootgestelde actieve stikstofatomen te stabiliseren en de prestaties van fotokatalytische ammoniaksynthese dramatisch te verbeteren. Hun bevindingen werden gepubliceerd in Klein .

Het is bekend dat stikstof (N ₂ ) is goed voor ~78% in onze atmosferische omgeving, dat een essentieel element is voor bijna alle levensvormen, inclusief planten en dieren op aarde.

Tot nu toe, de meest volwassen technologie van kunstmatige synthetische ammoniak (NH3) is het meer dan eeuwenoude Haber-Bosch-proces, geëxploiteerd onder drastische omstandigheden vanwege de intrinsiek inerte eigenschap van N ₂ moleculen.

Momenteel, fotokatalytisch N ₂ reductie wordt gezien als een kansrijk middel voor duurzame NH ₃ synthese bij omgevingsomstandigheden. Als een klasse van metaalvrije polymeer halfgeleider fotokatalysatoren, grafietkoolstofnitride (g-C ₃ N ₄ ) heeft vele voordelen, zoals lage kosten, overvloed, superieure zichtbaar-lichtactiviteit en hoge chemische/fotochemische stabiliteit, vertonen een groot potentieel voor fotokatalytische stikstofreductiereactie (NRR).

Echter, verschillende problemen zijn nog steeds aanwezig in verband met de NRR met behulp van de g-C ₃ N ₄ -gebaseerde fotokatalysator. Het is een belangrijk probleem dat blootgestelde actieve stikstofatomen (bijv. rand of amino N-atomen) in g-C ₃ N ₄ zou kunnen deelnemen aan de NH3-synthese tijdens de fotokatalytische NRR.

Bovendien, de ongerepte massa g-C ₃ N ₄ heeft over het algemeen een relatief laag specifiek oppervlak, wat nadelig is voor de N ₂ adsorptie en activering, evenals een hoge recombinatiesnelheid van door foto gegenereerde elektronen en gaten, wat resulteert in zijn lage fotokatalytische efficiëntie.

Daarom, het ontwikkelen van effectieve strategieën om aan het oppervlak blootgestelde actieve stikstofatomen van g-C . te stabiliseren ₃ N ₄ , in staat om de N . te verbeteren ₂ adsorptie/activering en gebruik van zichtbaar licht, gelijktijdig effectief remmen van de recombinatie van fotogegenereerde dragers in g-C ₃ N ₄ , is van cruciaal belang en zeer nodig om hoogrenderende g-C . te bereiken ₃ N ₄ gebaseerde fotokatalysatoren.

Hierin, het team synthetiseerde de poreuze B-gedoteerde g-C ₃ N ₄ nanosheets (BCN) door een gemakkelijke thermische behandelingsbenadering met dicyaandiamide (DICY) en booroxide (B2O3) als reactanten. De gevormde BNC-coördinatie in BCN verbeterde niet alleen effectief de oogst van zichtbaar licht en onderdrukte de recombinatie van fotogegenereerde dragers in gC ₃ N ₄ , maar fungeerde ook als de katalytische actieve plaats voor N ₂ adsorptie, activering en hydrogenering.

De as-gesynthetiseerde BCN vertoonde een hoge door zichtbaar licht aangedreven fotokatalytische NRR-activiteit, het verstrekken van een NH ₃ opbrengst van 313,9 μmol g–1 h–1, bijna 10 keer zoveel voor ongerepte g-C ₃ N ₄ .