High‐Performance Photocatalytic Reduction of Nitrogen to Ammonia Driven by Oxygen Vacancy and Ferroelectric Polarization Field of SrBi4Ti4O15 Nanosheets

材料科学 光催化 铁电性 氧气 氮气 载流子 极化(电化学) 吸附 氨生产 化学工程 光化学 无机化学 催化作用 光电子学 化学 物理化学 有机化学 电介质 工程类
作者
Shuai Gao,Haodong Ji,Peng Yang,Ming Guo,John Tressel,Shaowei Chen,Qiang Wang
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:19 (3) 被引量:36
标识
DOI:10.1002/smll.202206114
摘要

Photo-responsive semiconductors can facilitate nitrogen activation and ammonia production, but the high recombination rate of photogenerated carriers represents a significant barrier. Ferroelectric photocatalysts show great promise in overcoming this challenge. Herein, by adopting a low-temperature hydrothermal procedure with varying concentrations of glyoxal as the reducing agent, oxygen vacancies (Vo) are effectively produced on the surface of ferroelectric SrBi4 Ti4 O15 (SBTO) nanosheets, which leads to a considerable increase in photocatalytic activity toward nitrogen fixation under simulated solar light with an ammonia production rate of 53.41 µmol g-1 h-1 , without the need of sacrificial agents or photosensitizers. This is ascribed to oxygen vacancies that markedly enhance the self-polarization and internal electric field of ferroelectric SBTO, and hence, facilitate the separation of photogenerated charge carriers and light trapping as well as N2 adsorption and activation, as compared to pristine SBTO. Consistent results are obtained in theoretical studies. Results from this study highlight the significance of surface oxygen vacancies in enhancing the performance of photocatalytic nitrogen fixation by ferroelectric catalysts.
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