聊城大学付蓉课题组在光驱动合成氨反应研究上取得重要进展
近日,聊城大学化学化工学院付蓉课题组在《应用催化B:环境与能源》( Applied Catalysis B: Environment and Energy )发表了题为 《通过双活性位点协同促进氢溢出以实现高效的光驱动氮固定”(Promoting the hydrogen spillover via dual active sites synergistically for efficient photo-driven nitrogen fixation )的研究论文,揭示了丰富的Mo(V)物种与负载的Pt双活性位点协同作用,可以优化光驱动的氮还原和氢氧化。

光催化氨合成被认为是最有前途的领域,作为一种低碳生产NH3和储存H2的可持续策略,必将获得越来越多的关注。然而,一个巨大的挑战是如何设计理想的催化剂,为氮的活化和氢的解离同时提供高能活性位点。
付蓉课题组利用丰富的Mo(V)物种和Pt的协同作用,在室温光催化固氮反应中,实现了高效光驱动合成氨速率(3456 μg∙g-1∙h-1)。实验和理论证明,光催化性能的提高可归因于构建双活性位点,负载Pt助催化剂使氢活化位点(Pt-O桥)和氮活化位点(低价Mo物种)之间的H*迁移能垒低,可促进OV诱导的氢从Pt向MoO3-x溢出,进一步增加Mo(V)活性位点的数量。而邻近氧空位的Mo(V)物种具有出色的给电子能力和较强的氮化学吸附性,在促进氮解离方面发挥了关键作用。因此,丰富的Mo(V)物种与负载的Pt协同作用,可以优化光驱动的氮还原和氢氧化。该研究为合理设计高效的光驱动氨合成提供了新思路。
本次工作通过双活性位点的协同效应,建立了一种高效的光催化氨合成策略。实验和理论证明,该策略在可见光照射下增强氮的氢化和氢的溢出。低价态Mo物种作为化学吸附氮的活性位点,为氮分子提供了更多的光电子能量,从而增强了氮气还原能力。负载的Pt纳米颗粒助催化剂可以引发氢溢出,促进氮氢化,进一步增加Mo(V)的活性位点,并形成肖特基势垒以高效传递光激发电子。该研究为环境条件下的光驱动氮还原提供了一种前景广阔的方法,并揭示了协同效应的重要性。
该研究工作以我校为第一完成单位,聊城大学付蓉为第一作者,聊城大学付蓉和吉林大学李路教授为共同通讯作者。我校赵金生教授、曲孔岗副教授和陶硕副教授参与了部分研究工作。
该研究工作得到国家自然科学基金项目,山东省自然科学基金项目、吉林省自然科学基金项目、山东省高等学校青创团队项目和聊城大学光岳团队人才项目的支持。
(审核 孔祥晋)
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时间 :2024-12-27
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来源 : 化学化工学院
作者 : 付蓉