Metal/TiO2 composite photocatalysts with tunable activity for nitrogen fixation: the impact of metal nanoparticles

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作者
Wenjie Guo,Xuejing Wang,Xiao-Li Pu,Wenlong Xiang,Chao Yang,Yanhui Zhang,Zhi‐Bin Fang
出处
期刊:Nanoscale [Royal Society of Chemistry]
卷期号:17 (33): 19277-19284
标识
DOI:10.1039/d5nr02407b
摘要

Photocatalytic N2 fixation reactions can harvest solar energy to convert the abundant but inert N2 into available NH4+. Nanoscale metal/semiconductor composites are among the most developed photocatalysts for the conversion, whereas systematic investigations of the impact of metal species and status on their photocatalytic performance are rarely reported. Herein, metal nanoparticle-modified TiO2 (M-TiO2, M = Au, Pd and Cu) samples were selected as model composites for photocatalytic N2 fixation. By varying the metal species and reductants in the synthesis, the obtained M-TiO2 exhibited tunable photocatalytic activities for nitrogen fixation. Among them, Cu-TiO2 prepared using sodium borohydride showed the highest rate of NH4+ production (16.3 mg L-1 h-1). Mechanism studies revealed that the high activity of Cu-TiO2 was attributed to the synergistic effect of the small size of Cu NPs (2-6 nm), the enhanced interfacial interactions, and the high usage of photogenerated electrons. This work may guide the design of efficient metal/semiconductor photocatalysts for nitrogen fixation and other energy conversion reactions.
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