Support Amorphization Engineering Regulates Single-Atom Ru as an Electron Pump for Nitrogen Photofixation

催化作用 Atom(片上系统) 无定形固体 电子转移 氧化物 材料科学 光化学 光催化 结晶学 化学 化学物理 无机化学 有机化学 冶金 嵌入式系统 计算机科学
作者
Peigen Liu,Zixiang Huang,Shaokang Yang,Junyi Du,Yida Zhang,Rui Cao,Chen Cai,Lei Li,Tao Chen,Gongming Wang,Dewei Rao,Xusheng Zheng,Xun Hong
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (13): 8139-8146 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c01704
摘要

Single-atom photocatalysts exhibit great potential for converting solar energy into value-added chemicals or fuels, but the insufficient efficiency of charge transfer from light-absorbed units to single-atom catalytic sites limits the overall photocatalytic performance. Herein, we developed an amorphization strategy of ferric oxide support to accelerate the enrichment of photogenerated electrons to single-atom Ru for enhanced nitrogen photofixation. The ammonia yield rate of Ru single atoms distributed on amorphous ferric oxide nanosheets (Ru1/2DAF) in pure water reached 213 μmol·gcat.–1·h–1, even four times higher than that of the crystalline counterpart. Mechanistic studies indicated that the amorphous structure could efficiently modulate the electronic density of states to reduce the electron-transfer energy barrier and guide electrons from amorphous support to Ru 4d orbitals via d(Ru)–d(Fe) coupling. This work provides fresh insights on the design of single-atom photocatalysts and emphasizes the importance of the charge transfer behavior in tuning the catalytic activity.
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