Novel Two-Dimensional Metal-Based π-d Conjugated Nanosheets as Photocatalyst for Nitrogen Reduction Reaction: The First-Principle Investigation

材料科学 过电位 光催化 氧化还原 光化学 催化作用 半导体 共轭体系 密度泛函理论 纳米技术 金属 光电子学 化学 有机化学 电化学 计算化学 物理化学 电极 聚合物 复合材料 冶金
作者
Lixue Xia,Zhaoyang Wang,Yan Zhao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (4): 5384-5394 被引量:16
标识
DOI:10.1021/acsami.1c21789
摘要

Photocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) is becoming a promising route for producing green and sustainable ammonia under ambient conditions. However, the development of highly efficient photocatalysts for NRR still remains a grand challenge as a result of the sluggish activation of inert N2, the competitive hydrogen evolution reaction (HER), and inadequate photogenerated external potential, which usually cause extremely poor NRR performance and low light utilization efficiency. Herein, on the basis of density functional theory (DFT) computations, we rationally designed a series of two-dimensional (2D) π-d conjugated metal-B3N3 (M3B6N6S12) semiconductors. Using the electron "σ acceptance-π* backdonation" process, Mo3B6N6S12 and Nb3B6N6S12 can efficiently activate and reduce N2 to ammonia with a rather low overpotential of 0.07 and 0.21 V, respectively. Importantly, a high photogenerated external potential enables spontaneous NRR on Mo3B6N6S12 and Nb3B6N6S12 under visible/infrared light irradiation, contributing to the extraordinary photoactivity of Mo3B6N6S12 and Nb3B6N6S12 as promising solar light-driven N2 fixation catalysts. Meanwhile, the competing HER is effectively restrained. For the first time, we rationally propose a series of M3B6N6S12 semiconductors as promising metal-based photocatalysts for N2 reduction with extraordinary photoactivity and a high photogenerated external potential. This work paves a new path for the rational designing of 2D metal-based NRR photocatalysts with high activity, good selectivity, and high stability.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
大幅提高文件上传限制,最高150M (2024-4-1)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
where发布了新的文献求助10
刚刚
jialu完成签到,获得积分10
1秒前
haha关注了科研通微信公众号
1秒前
1秒前
song完成签到 ,获得积分10
2秒前
2秒前
wwww0wwww应助花蕊采纳,获得10
2秒前
cyz发布了新的文献求助10
3秒前
Ava应助孟儿采纳,获得10
3秒前
3秒前
英俊的铭应助1231采纳,获得10
3秒前
所所应助Billy采纳,获得30
3秒前
3秒前
Ray关注了科研通微信公众号
3秒前
ma臻完成签到,获得积分20
3秒前
4秒前
丘比特应助dehua采纳,获得10
4秒前
4秒前
务实的紫伊完成签到,获得积分10
5秒前
满意青曼发布了新的文献求助10
5秒前
5秒前
精明外套完成签到,获得积分20
5秒前
HOHO发布了新的文献求助10
5秒前
钱浩完成签到,获得积分10
5秒前
迅速凡旋完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
7秒前
小蘑菇应助小蚂蚁采纳,获得10
7秒前
WANG发布了新的文献求助10
7秒前
8秒前
Orange应助月yue采纳,获得10
8秒前
hfxmu发布了新的文献求助10
8秒前
完美世界应助可乐冰淇淋采纳,获得10
8秒前
8秒前
小奕应助soar采纳,获得10
8秒前
小壳儿完成签到,获得积分10
9秒前
9秒前
麻麻发布了新的文献求助10
10秒前
科研仔完成签到,获得积分10
10秒前
高分求助中
Evolution 10000
Sustainability in Tides Chemistry 2800
юрские динозавры восточного забайкалья 800
English Wealden Fossils 700
An Introduction to Geographical and Urban Economics: A Spiky World Book by Charles van Marrewijk, Harry Garretsen, and Steven Brakman 600
Diagnostic immunohistochemistry : theranostic and genomic applications 6th Edition 500
Mantiden: Faszinierende Lauerjäger Faszinierende Lauerjäger 400
热门求助领域 (近24小时)
化学 医学 生物 材料科学 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 基因 遗传学 催化作用 物理化学 免疫学 量子力学 细胞生物学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 3152811
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 2804001
关于积分的说明 7856700
捐赠科研通 2461757
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1310484
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 629243
版权声明 601782