Operando Oxygen Vacancies for Enhanced Activity and Stability toward Nitrogen Photofixation

纳米孔 材料科学 催化作用 氧气 氮气 吸附 纳米晶 纳米颗粒 化学工程 纳米技术 氨生产 辐照 光化学 物理化学 有机化学 化学 工程类 物理 核物理学
作者
Tingting Hou,Yu Xiao,Peixin Cui,Yining Huang,Xiaoping Tan,Xusheng Zheng,Ying Zou,Changxi Liu,Wenkun Zhu,Shuquan Liang,Liangbing Wang
出处
期刊:Advanced Energy Materials [Wiley]
卷期号:9 (43) 被引量:143
标识
DOI:10.1002/aenm.201902319
摘要

Abstract Photocatalysts with oxygen vacancies (OVs) have exhibited exciting activity in N 2 photofixation due to their superiority in capture and activation of N 2 . However, the surface OVs are easily oxidized by seizing the oxygen atoms from water or oxygen during the catalytic reaction. Here, it is reported that the grain boundaries (GBs) in nanoporous WO 3 induce plenty of operando OVs under light irradiation to significantly boost catalytic activity toward N 2 photofixation. Impressively, nanoporous WO 3 with abundant GBs (WO 3 ‐600) exhibit an ammonia production rate of 230 µmol g cat. −1 h −1 without any sacrificial agents at room temperature, 17 times higher than that for WO 3 nanoparticles without GBs. Moreover, WO 3 ‐600 also manifests remarkable stability by maintaining nearly ≈100% catalytic activity after ten successive reaction rounds. Further mechanistic studies reveal that both OVs and GBs regulate the band structures of WO 3 nanocrystals, as well as favor the delivery of photogenerated electrons to adsorbed N 2 by enhancing W–O covalency. More importantly, plenty of operando OVs induced by GBs generate during catalytic reaction, directly contributing to the excellent catalytic performance for WO 3 ‐600. This work opens a novel avenue to developing efficient photocatalysts by construction of operando OVs.
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