A Schottky‐Barrier‐Free Plasmonic Semiconductor Photocatalyst for Nitrogen Fixation in a “One‐Stone‐Two‐Birds” Manner

肖特基势垒 等离子体子 材料科学 载流子 半导体 异质结 光电子学 表面等离子共振 光催化 肖特基二极管 纳米技术 化学 纳米颗粒 二极管 催化作用 生物化学
作者
Haoyuan Bai,Shiu Hei Lam,J. Joshua Yang,Xizhe Cheng,Shasha Li,Ruibin Jiang,Lei Shao,Jianfang Wang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (2): e2104226-e2104226 被引量:165
标识
DOI:10.1002/adma.202104226
摘要

Abstract Plasmonic photocatalysis has received much attention owing to attractive plasmonic enhancement effects in improving the solar‐to‐chemical conversion efficiency. However, the photocatalytic efficiencies have remained low mainly due to the short carrier lifetime caused by the rapid recombination of plasmon‐generated hot charge carriers. Although plasmonic metal–semiconductor heterostructures can improve the separation of hot charge carriers, a large portion of the hot charge carriers are lost when they cross the Schottky barrier. Herein, a Schottky‐barrier‐free plasmonic semiconductor photocatalyst, MoO 3− x , which allows for efficient N 2 photofixation in a “one‐stone‐two‐birds” manner, is demonstrated. The oxygen vacancies in MoO 3− x serve as the “stone.” They “kill two birds” by functioning as the active sites for the chemisorption of N 2 molecules and inducing localized surface plasmon resonance for the generation of hot charge carriers. Benefiting from this unique strategy, plasmonic MoO 3− x exhibits a remarkable photoreactivity for NH 3 production up to the wavelength of 1064 nm with apparent quantum efficiencies over 1%, and a solar‐to‐ammonia conversion efficiency of 0.057% without any hole scavenger. This work shows the great potential of plasmonic semiconductors to be directly used for photocatalysis. The concept of the Schottky‐barrier‐free design will pave a new path for the rational design of efficient photocatalysts.
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