Single-Atom High-Valent Fe(IV) for Promoted Photocatalytic Nitrogen Hydrogenation on Porous TiO2-SiO2

光催化 掺杂剂 介孔材料 催化作用 光化学 氮气 空位缺陷 材料科学 氧化还原 无机化学 化学 兴奋剂 结晶学 有机化学 光电子学
作者
Shiqun Wu,Ziyu Chen,Wenhui Yue,Shinya Mine,Takashi Toyao,Masaya Matsuoka,Xinguo Xi,Lingzhi Wang,Jinlong Zhang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:11 (7): 4362-4371 被引量:99
标识
DOI:10.1021/acscatal.1c00072
摘要

Synergistic nitrogen reduction and water oxidation process is significant to the photocatalytic fixation of nitrogen. However, the coupling mechanism remains ambiguous and lacks study. Herein, we report enhanced photocatalytic nitrogen fixation on single-atom Fe-modified macro-/mesoporous TiO2-SiO2 (Fe-T-S), with a high ammonia generation rate of 32 μmol g–1 h–1 without any sacrificial agent and cocatalysts. Experimental and theoretic calculation studies confirmed the formation of a photoinduced hole-trapping polaron on the Fe dopant, resulting in the high-valent Fe(IV) species. The single-atom Fe(IV) site is responsible for water oxidation and helps promote N2 hydrogenation on neighboring oxygen vacancy. This study explicitly unravels the key to achieve the coupling between photocatalytic N2 hydrogenation and water oxidation through a doping strategy and provides significant guidance for the rational design of photocatalysts for ammonia synthesis.
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