High-spin state Fe(III) doped TiO2 for electrocatalytic nitrogen fixation induced by surface F modification

掺杂剂 法拉第效率 电催化剂 吸附 催化作用 化学 可逆氢电极 材料科学 兴奋剂 无机化学 光化学 电极 电化学 物理化学 光电子学 生物化学 参比电极
作者
Guangxin Song,Rui Gao,Zhao Zhao,Yujun Zhang,Huaqiao Tan,Haibo Li,Dandan Wang,Zaicheng Sun,Ming Feng
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:301: 120809-120809 被引量:112
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120809
摘要

It is a challenging task to overcomes the bottleneck of N2 adsorption and activation in N2 reduction reaction (NRR). Regulating the catalyst surface electronic state is treated as a potential strategy to prevail over the barrier. Here, Incorporating Fe as a dopant in the TiO2 nanoparticles can generate oxygen vacancies and dopant energy levels, promoting the adsorption and activation of N2 molecules. F surface modification induces Fe (III) in the high spin state and upshifts the dopant energy level. That facilitates Fe 3d electrons backdonation to N 1πg* orbital promotes the activation of N2 molecule and reduces the limiting potential of NRR. Therefore, F-Fe: TiO2 electrocatalyst achieved the highest Faradaic efficiency and maximum NH3 production rate of 27.67% and 27.86 µg h1 mgcat.1 at −0.5 V v.s. reversible hydrogen electrode. This work provides deep insights into the design surface electronic state of catalyst toward efficient N2 to NH3 conversion.
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