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Boosting Photocatalytic N2 Fixation on N‐Defect g‐C3N4/WO3: the Synergistic Effects of Nitrogen Vacancy and Z‐Scheme Heterojunction

材料科学 空位缺陷 异质结 光催化 氮气 载流子 共价键 固氮 吸附 电化学 光化学 纳米技术 结晶学 光电子学 物理化学 电极 有机化学 催化作用 化学
作者
Huan Shang,Xingyu Ye,Hongbao Jia,Qiong Zhu,Dieqing Zhang,Ding Wang,Guisheng Li
出处
期刊:Advanced materials and technologies [Wiley]
卷期号:8 (5) 被引量:18
标识
DOI:10.1002/admt.202201579
摘要

Abstract Photocatalytic nitrogen fixation is a promising strategy for ammonia synthesis under mild conditions by using solar energy, but N 2 activation remains a great challenge. Herein, we demonstrate that a Z‐scheme g‐C 3 N 4 /WO 3 heterojunction possessing abundant nitrogen vacancies exhibits the highly enhanced activity for photocatalytic N 2 fixation through efficient nitrogen molecular activation compared with pristine NVs‐g‐C 3 N 4 and WO 3 photocatalysts. The construction of the internal electric field induced by Z‐scheme NVs‐g‐C 3 N 4 /WO 3 heterojunction allows a rapid charge carrier separation and simultaneously maintains the powerful redox ability of photogenerated charge carriers, defined by the covalent CO bond. Moreover, nitrogen vacancy plays a crucial role in the adsorption/activation of N 2 , which substantially facilitates the hydrogenation to generate NH 3 . According to experimental and theoretical investigations, photocatalytic N 2 fixation on NVs‐g‐C 3 N 4 /WO 3 composites is proposed to be energetically favorable in the alternating pathway. This study offers an alternative way for the design of efficient photocatalysts for photocatalytic N 2 fixation.
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