Onderzoekers hebben een strategie gepresenteerd om gelijktijdig lichtschakelbare zuurstofvacature en doping Mo in Bi . te introduceren ₅ O ₇ Br nanosheets voor efficiënte fotokatalytische N ₂ fixatie. De gemodificeerde fotokatalysator heeft een verhoogde N . bereikt ₂ fixatie fotoactiviteiten dankzij de geoptimaliseerde geleidingsbandpositie, verbeterde lichtbeschikbaarheid, verbeterd Nee ₂ adsorptie en scheiding van ladingsdragers.

De kwestie om efficiënte stikstof (N ₂ ) reductie tot ammoniak (NH ₃ ) vormt al tientallen jaren een grote uitdaging, aangezien de inerte N≡N-binding nauwelijks kon worden verbroken vanwege de extreem grote bindingsenergie van 940,95 kJ mol ^–1 . Daten, de industriële fixatie van N ₂ naar NH ₃ wordt gemonopoliseerd door het energie-intensieve Haber-Bosch-proces (673-873 K en 15-25 MPa), die op niet-duurzame wijze aardgas gebruikt om de waterstof te maken (H ₂ ) grondstof met enorm energieverbruik uit fossiele brandstoffen, wat leidt tot een grote hoeveelheid koolstofdioxide (CO ₂ ) uitstoot. In deze context, fotokatalytisch N ₂ reductie wordt gezien als een duurzaam alternatief voor NH ₃ synthese van N ₂ en water onder omgevingsomstandigheden.

Echter, de efficiëntie van de meeste traditionele fotokatalysatoren is nog verre van bevredigend, voornamelijk vanwege de harde bindingsdissociatie van de inerte N ₂ , die het gevolg is van de zwakke binding van N ₂ naar het katalytische materiaal en verder inefficiënte elektronenoverdracht van fotokatalysator naar de antibindende orbitalen van N ₂ . Om de efficiëntie van N . te bevorderen ₂ fotofixatie, het introduceren van de elektronendonerende centra als de katalytische activeringsplaatsen voor het optimaliseren van de N ₂ adsorptie-eigenschappen en verbetering van het foto-geëxciteerde ladingstransport in de katalysatoren is een veelbelovende strategie.

Zuurstofleegte (OV) vertegenwoordigt het meest wijdverbreide en meest voorkomende type oppervlaktedefect voor N ₂ fixatie. Aan de ene kant, OV kan gemakkelijk worden gecreëerd vanwege zijn relatief lage vormingsenergie; anderzijds, OV kan fotokatalysatoren helpen om spannende N . te krijgen ₂ fixatie fotoactiviteit op grond van zijn superioriteit in N ₂ vastleggen en activeren. Daarom, een halfgeleider met voldoende OV's kan gunstig zijn om hun N . te verbeteren ₂ fixatie prestaties. Overgangsmetaal (TM) doping is een andere veel onderzochte effectieve methode om de fotoactiviteit van N . te verbeteren ₂ fixatie, omdat de TM-soorten het voordelige vermogen hebben om te binden (en zelfs te functionaliseren) met inert N ₂ bij lage temperaturen vanwege hun lege en bezette d-orbitalen, die de TM-N . kan bereiken ₂ interactie via "acceptatie-donatie" van elektronen. ma, als een cruciaal element van het katalytische centrum in mysterieuze Mo-afhankelijke stikstofase, heeft veel aandacht getrokken voor de N ₂ fixatie. Hiertoe, OV's-rijke en Mo-gedoteerde materialen zouden ideale kandidaten zijn voor N ₂ fotofixatie. In aanvulling, gelaagde bismut oxybromide (BiOBr) materialen hebben veel aandacht getrokken vanwege hun geschikte band gaps en unieke laagstructuren. Voor op BiOBr gebaseerde halfgeleiders, zoals Bi ₃ O ₄ Br en Bi ₅ O ₇ Br, het is gebleken dat OV met voldoende gelokaliseerde elektronen op hun oppervlak de opname en activering van inerte N . vergemakkelijkt ₂ moleculen.

Onlangs, een onderzoeksteam onder leiding van Prof. Yi-Jun Xu van de Fuzhou University, China meldde dat de introductie van OV's en Mo-dopant in Bi ₅ O ₇ Br nanosheets kunnen de fotoactiviteit van N . opmerkelijk verbeteren ₂ fixatie. De gemodificeerde fotokatalysatoren hebben de geoptimaliseerde positie van de geleidingsband aangetoond, de verbeterde lichtabsorptie, de verbeterde N ₂ adsorptie en scheiding van ladingsdragers, die gezamenlijk bijdragen aan de verheffende N ₂ fixatie fotoactiviteiten. Dit werk biedt een veelbelovende benadering voor het ontwerpen van fotokatalysatoren met lichtschakelbare OV's voor N ₂ reductie tot NH ₃ onder milde omstandigheden, het brede toepassingsgebied van op nanogestructureerde BiOBr gebaseerde fotokatalysatoren benadrukken als effectief N ₂ bevestigingssystemen. De resultaten zijn gepubliceerd in Chinees tijdschrift voor katalyse .