Ti3+ defects bridge a Cu-Nx structure to improve electron transport for photocatalytic nitrogen fixation

光催化 吸附 固氮 氮气 氨生产 材料科学 电子 化学 化学工程 纳米技术 物理化学 催化作用 物理 有机化学 量子力学 工程类
作者
Yu Fang,Yang Cao,Qianlin Chen
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier]
卷期号:462: 142039-142039 被引量:13
标识
DOI:10.1016/j.cej.2023.142039
摘要

Photocatalytic nitrogen reduction (PNRR) has emerged as a promising alternative for the sustainable and distributed production of NH3. In this paper, structures consisting of Cu-Nx (electron aggregates) bridged on electron donors (Ti3+ defects) are demonstrated as PNRR catalysts. The surface charge polarisation of Cu-N3-Ti3+ enhances the N2 adsorption capacity of PNRR and exhibits a catalytic ammonia production rate of 29 umol.g−1.h−1. More importantly, DFT calculations find the Cu-N3 adsorption of N2 (ΔG*NN = −0.09 eV) to be in a preferred state (Cu-N2 compared to Cu-N1), significantly hindering the competitive hydrogen evolution reaction, reducing the energy barrier of the PNRR reaction (*NN→*NNH) and promoting the activation of the N-N bond. The concept of synergistically catalysing the construction of efficient charge channels can be generalised for other system materials, thereby creating new opportunities for the development of such adjuvants.

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