直接光固定氮气是实现温和条件下氨的可持续生产的一种可行方案。然而，用于光驱动的固氮活性中心的产生不仅制约了人们对光吸收、电荷转移和催化效率之间关系的基本认识，而且也影响了光催化活性。
近日，大连理工大学侯军刚教授报道了开发了一种具有氧空位的二维（2D）硼掺杂的铌酸纳米片（B-Vo-HNbO3 NSs），其可以在没有任何清除剂和助催化剂的情况下实现高效的N2光固定。在相变调控下，合成的B-Vo-HNbO3 NSs在纯水中光催化N2转化为NH3表现出优异而稳定的性能。
文章要点
1）实验结果显示，在可见光照射下（λ>400 nm），B-Vo-HNbO3 NSs的170 µmol gcat−1 h−1析氨速率比纯铌酸高11倍，甚至在700 nm以上的宽吸收范围内也表现出12.25 µmol gcat−1 h−1的析氨速率。
2）研究人员通过同位素标记实验揭示了15NH4+的偶联，原位环境红外光谱证实了NH3的可靠合成。此外，实验分析和密度泛函理论（DFT）计算表明，硼掺杂和氧空位的强烈协同作用调节了铌酸的能带结构，促进了光生电荷转移，降低了自由能垒，加快了反应动力学，从而促进了NH3的快速析出。因此，B-Vo-HNbO3 NSs催化剂用于NH3光合成具有长期稳定性和高选择性。
这项工作提供了一种设计活性光催化剂的一般策略，以实现稳健的太阳能驱动的N2转化。
参考文献
Yanting Zhang, et al, Two-Dimensional Defective Boron-Doped Niobic Acid Nanosheets for Robust Nitrogen Photofixation, ACS Nano, 2021
DOI: 10.1021/acsnano.1c06017
https://doi.org/10.1021/acsnano.1c06017
