Tuning Oxygen Vacancies in Ultrathin TiO2 Nanosheets to Boost Photocatalytic Nitrogen Fixation up to 700 nm

材料科学 光催化 催化作用 氧气 化学工程 析氧 氮气 固氮 纳米技术 电化学 电极 化学 物理化学 量子力学 物理 工程类 生物化学 有机化学
作者
Yunxuan Zhao,Yufei Zhao,Run Shi,Bin Wang,Geoffrey I. N. Waterhouse,Li‐Zhu Wu,Chen‐Ho Tung,Tierui Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:31 (16) 被引量:815
标识
DOI:10.1002/adma.201806482
摘要

Dinitrogen reduction to ammonia using transition metal catalysts is central to both the chemical industry and the Earth's nitrogen cycle. In the Haber-Bosch process, a metallic iron catalyst and high temperatures (400 °C) and pressures (200 atm) are necessary to activate and cleave NN bonds, motivating the search for alternative catalysts that can transform N2 to NH3 under far milder reaction conditions. Here, the successful hydrothermal synthesis of ultrathin TiO2 nanosheets with an abundance of oxygen vacancies and intrinsic compressive strain, achieved through a facile copper-doping strategy, is reported. These defect-rich ultrathin anatase nanosheets exhibit remarkable and stable performance for photocatalytic reduction of N2 to NH3 in water, exhibiting photoactivity up to 700 nm. The oxygen vacancies and strain effect allow strong chemisorption and activation of molecular N2 and water, resulting in unusually high rates of NH3 evolution under visible-light irradiation. Therefore, this study offers a promising and sustainable route for the fixation of atmospheric N2 using solar energy.
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