Диэнай
Pulsing
Эффективное восстановление азота (N 2 ) до аммиака (NH 3 ) было серьезной проблемой на протяжении десятилетий, поскольку трудно разрушить инертный N≡ Связь N из-за ее чрезвычайно большой энергии связи 940,95 кДж моль -1 .
Исследователи
До сих пор энергоемкий процесс Габера-Боша (включающий 673 K – 873 K и 15 МПа – 25 МПа) в значительной степени преобладал в промышленной фиксации N 2 в NH 3 . В этом процессе нерационально используется природный газ для производства водорода (H 2 ) в качестве сырья с огромным потреблением энергии из ископаемого топлива.
Это приводит к крупномасштабному выбросу диоксида углерода (CO 2 ). Таким образом, фотокаталитическое восстановление N 2 считается устойчивой альтернативой для производства NH 3 из N 2 и воды в условиях окружающей среды.
Тем не менее, большая часть обычного фотокатализа «не дотягивает до эффективного уровня, в первую очередь из-за диссоциации жестких связей инертного N 2 . Это вызвано слабым связыванием N 2 с каталитическим материалом, а также неэффективным переносом электронов от фотокатализатора на разрыхляющие орбитали N 2 .
Создание центров донорства электронов в качестве центров каталитической активации для оптимизации характеристик адсорбции N 2 и повышения фотовозбужденного переноса заряда в катализаторах является потенциальным подходом к повышению эффективности N 2 ] фотофиксация.
Кислородная вакансия (OV) представляет собой наиболее часто и широко исследуемый вид поверхностного дефекта для фиксации N 2 . OV легко добывается из-за его относительно низкой энергии образования. Кроме того, OV способен поддерживать фотокатализаторы для получения возбуждающей фотоактивности фиксации N2 из-за его доминирующего аспекта в захвате и активации N 2 .
Полупроводник с достаточным количеством OV, таким образом, помог бы улучшить его характеристики фиксации N 2 . Легирование переходными металлами (TM) – еще один наиболее изученный эффективный метод повышения фотоактивности фиксации N 2 .
Это связано с тем, что виды TM обладают полезной способностью связываться (и даже функционализации) с инертным N 2 при низких температурах из-за их пустых и занятых d-орбиталей. Это может обеспечить взаимодействие TM-N 2 через «акцепт-отдачу» электронов.
Mo является ключевым элементом каталитического центра в неизвестной Mo-зависимой нитрогеназе и привлек широкое внимание в связи с фиксацией N 2 . Для этой цели для фотофиксации N 2 идеально подходят материалы с высоким содержанием OV и Mo. Более того, слоистые материалы из оксибромида висмута (BiOBr) привлекли к себе более широкое внимание из-за их идеальной ширины запрещенной зоны и характерной структуры слоев.
Полупроводники на основе BiOBr, такие как Bi 3 O 4 Br и Bi 5 O 7 Br, показали, что OV с адекватными локализованными электронами на их поверхности позволяет захват и активацию инертных молекул N 2 .
Группа исследователей, возглавляемая профессором И-Цзюнь Сюй из Университета Фучжоу, Китай, обнаружила, что при введении OV и Mo-допанта в Bi 5 O 7 Br нанолисты, фотоактивность фиксации N 2 значительно повышена. Измененные фотокатализаторы продемонстрировали улучшенную адсорбцию N 2 идеальное положение зоны проводимости, улучшенное поглощение света и разделение носителей заряда, которые вместе увеличили фотоактивность фиксации N 2 .
Это исследование предлагает потенциальный способ разработки фотокатализаторов с переключаемым светом OV для восстановления N 2 до NH 3 в мягких условиях, прогнозируя широкую область применения наноструктурированного BiOBr на основе фотокатализаторы как эффективные системы фиксации N 2 .
Ссылка на журнал:
Чен, X., и др. . (2021) Улучшенный фотосинтез аммиака в окружающей среде с помощью нанолистов Bi5O7Br, легированных Mo, с переключаемыми световыми вакансиями кислорода. Китайский журнал катализа . doi.org/10.1016/S1872-2067(21)63837-8.
Источник: http://english.dicp.cas.cn/[19459007visible