2 adsorption et séparation des porteurs de charge.
L'enjeu pour obtenir un azote efficace (N 2 ) réduction en ammoniac (NH 3 ) a posé un défi important pendant des décennies car la liaison inerte N≡N pouvait difficilement être rompue en raison de l'énergie de liaison extrêmement élevée de 940,95 kJ mol
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. À ce jour, la fixation industrielle de N 2 à NH 3 est monopolisé par le procédé énergivore Haber-Bosch (673-873 K et 15-25 MPa), qui utilise de manière non durable du gaz naturel pour produire de l'hydrogène (H 2 ) matière première avec une énorme consommation d'énergie à partir de combustibles fossiles, conduisant à une grande quantité de dioxyde de carbone (CO 2 ) émission. Dans ce contexte, photocatalytique N 2 la réduction est considérée comme une alternative durable pour le NH 3 synthèse à partir de N 2 et de l'eau dans les conditions ambiantes.
Cependant, l'efficacité de la plupart des photocatalyseurs traditionnels est encore loin d'être satisfaisante principalement en raison de la dissociation de la liaison dure du N inerte 2 , qui résulte de la faible liaison de N 2 au matériau catalytique et en outre un transfert d'électrons inefficace du photocatalyseur dans les orbitales antiliantes de N 2 . Afin de promouvoir l'efficacité de N 2 photofixation, introduire les centres donneurs d'électrons comme sites d'activation catalytique pour optimiser le N 2 propriétés d'adsorption et l'amélioration du transport de charges photoexcitées dans les catalyseurs est une stratégie prometteuse.
La lacune en oxygène (OV) représente le type de défaut de surface étudié le plus largement et le plus répandu pour N 2 fixation. D'une part, OV peut être facilement créé pour son énergie de formation relativement faible; d'autre part, OV peut aider les photocatalyseurs à obtenir un N excitant 2 photoactivité de fixation du fait de sa supériorité en N 2 capture et activation. Par conséquent, un semi-conducteur avec des OV suffisants peut être favorable pour améliorer leur N 2 performances de fixation. Le dopage aux métaux de transition (TM) est une autre méthode efficace largement étudiée pour améliorer la photoactivité de N 2 fixation, car les espèces TM possèdent la capacité avantageuse de se lier (et même de fonctionnaliser) avec N inerte 2 à basse température en raison de leurs orbitales d vides et occupées, qui peut atteindre le TM-N 2 interaction passant par « acceptation-don » d'électrons. Mo, en tant qu'élément critique du centre catalytique de la mystérieuse nitrogénase dépendante du Mo, a attiré beaucoup d'attention pour le N 2 fixation. À cette fin, Les matériaux riches en OVs et dopés au Mo seraient des candidats idéaux pour N 2 photofixation. En outre, Les matériaux en couches d'oxybromure de bismuth (BiOBr) ont attiré de nombreuses attentions en raison de leurs bandes interdites appropriées et de leurs structures de couches uniques. Pour les semi-conducteurs à base de BiOBr, comme Bi 3 O 4 Br et Bi 5 O 7 Frère, il a été révélé que OV avec suffisamment d'électrons localisés sur leur surface facilite la capture et l'activation de N inerte 2 molécules.
Récemment, une équipe de recherche dirigée par le professeur Yi-Jun Xu de l'Université de Fuzhou, La Chine a signalé que l'introduction des OV et du dopant Mo dans Bi 5 O 7 Les nanofeuillets de Br peuvent remarquablement améliorer la photoactivité de N 2 fixation. Les photocatalyseurs modifiés ont montré la position optimisée de la bande de conduction, l'absorption lumineuse améliorée, le N amélioré 2 adsorption et séparation des porteurs de charge, qui contribuent conjointement à l'élévation de N 2 photoactivités de fixation. Ce travail fournit une approche prometteuse pour concevoir des photocatalyseurs avec des OV commutables par la lumière pour N 2 réduction à NH 3 dans des conditions douces, mettant en évidence le large champ d'application des photocatalyseurs nanostructurés à base de BiOBr comme N efficace 2 systèmes de fixation. Les résultats ont été publiés dans Journal chinois de catalyse .
