Улучшение фотосинтеза аммиака в окружающей среде с помощью нанолистов с замененными светом кислородными вакансиями

Исследователи представили стратегию одновременного введения светопереключаемых кислородных вакансий и активации Mo в Bi.₅NS₇Нанолисты для эффективного фотокатализа N.₂ Установки. Модифицированный фотокатализатор достиг высокого N₂ Оптическая активность установки благодаря улучшенному расположению зоны проводимости, улучшенной доступности света и улучшенному N₂ Адсорбция и разделение носителя заряда.

Проблема достижения азотной эффективности (N₂Восстановление до аммиака (NH₃) представляет собой серьезную проблему в течение десятилетий, поскольку инертная связь N≡N практически не может быть разорвана из-за чрезвычайно большой энергии связи 940,95 кДж / моль.^-1. На сегодняшний день промышленная установка Н.₂ в Нью-Гэмпшир₃ Он монополизирован энергоемким процессом Габера-Боша (673-873 К и 15-25 МПа), который используется нерационально. природный газ сделать водород (H₂) сырье с огромным потреблением энергии из ископаемого топлива, что приводит к образованию большого количества диоксида углерода (CO₂) эмиссия. В этом контексте фотокатализ N₂ Сокращение выбросов — это устойчивый альтернативный метод для NH.₃ Синтез N.₂ и вода в условиях окружающей среды.

Однако эффективность большинства обычных фотокатализаторов все еще далека от удовлетворительной, в основном из-за диссоциации твердой связи инертного азота.₂, что является результатом слабого связывания N.₂ к катализатору и дальнейший неэффективный перенос электронов от фотокатализатора к разрыхляющим орбиталям N₂. В целях повышения эффективности Н.₂ Фотонная фиксация, внедрение электронных донорских центров в качестве сайтов каталитической активации для улучшения N لتحسين₂ Адсорбционные свойства и оптимизация оптического переноса заряда в катализаторах — многообещающая стратегия.

Кислородная вакансия (OV) представляет собой наиболее изученный и распространенный тип поверхностного дефекта для N₂ Установки. С одной стороны, OV можно легко получить при относительно низкой энергии пласта; С другой стороны, OV может помочь фотокатализаторам получить захватывающий N₂ Фотостабилизирующая активность в силу своего превосходства у N.₂ Захватить и активировать. Следовательно, полупроводники с OV могут быть достаточными для улучшения N₂ монтажные характеристики. Легирование переходными металлами (TM) — еще один эффективный и широко исследуемый метод улучшения фотосинтетической активности N₂ стабилизации, потому что виды TM обладают полезной способностью связываться (и даже активировать) с неактивным N₂ При более низких температурах из-за пустых и занятых d-орбиталей, которые могут достигать TM-N₂ взаимодействие с помощью Пожертвовать прием электронов. Mo, как критический компонент каталитического центра в загадочной Mo-зависимой нитрогеназе, привлек большое внимание к N₂ Установки. С этой целью материалы, богатые OV и легированные Mo, были бы идеальными кандидатами для N.₂ Оптическая установка. Кроме того, многослойные материалы на основе оксибромида висмута (BiOBr) вызвали большой интерес из-за соответствующей ширины запрещенной зоны и уникальной структуры слоев. Для полупроводников на основе BiOBr, таких как Bi₃NS₄Br и Bi₅NS₇Br, было обнаружено, что ОВ с достаточным количеством локальных электронов на своей поверхности способствует захвату и активации инертных N₂ молекулы.

Недавно исследовательская группа под руководством профессора Йи Цзюнь Шу из Университета Фучжоу, Китай, сообщила, что введение OV и Mo-допанта в Bi₅NS₇Нанолисты Br могут значительно улучшить фотоактивность N₂ Установки. Модифицированные фотокатализаторы показали оптимальный режим зоны проводимости, повышенное поглощение света и улучшенный N₂ адсорбция и разделение носителей заряда, которые вместе способствуют увеличению N₂ Работы по установке фотоэлектрических систем. Эта работа предлагает многообещающий подход к созданию фотокатализаторов с фотопереключаемыми ОВ для N₂ сокращение до NH₃ в мягких условиях, что подчеркивает широкий спектр применения наноструктурированных фотокатализаторов на основе BiOBr в качестве эффективных N₂Установки системы. Результаты опубликованы в Китайский журнал стимуляции.