Fe-Bi dual sites regulation of Bi2O2.33 nanosheets to promote photocatalytic nitrogen fixation activity

光催化 傅里叶变换红外光谱 氮气 吸附 双金属片 材料科学 密度泛函理论 化学 化学工程 光化学 无机化学 催化作用 物理化学 计算化学 有机化学 工程类
作者
Chuanyu Zhu,Lulu Zhang,Luyao Cui,Ziqiang Zhang,Rui Li,Yunfang Wang,Yawen Wang,Caimei Fan,Zhuobin Yu,Jianxin Liu
出处
期刊:Journal of Colloid and Interface Science [Elsevier BV]
卷期号:661: 46-58 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jcis.2024.01.082
摘要

In the process of photocatalytic ammonia synthesis, efficient activation of nitrogen molecules constitutes a fundamental challenge. During the N2 activation, the close interdependence between the acceptance and donation of electron results in their mutual limitation, leading to high energy barrier for N2 activation and unsatisfactory photocatalytic performance. This work decoupled the electron acceptance and donation processes by constructing Fe-Bi dual active sites, resulting in enhancing N2 activation through the high electron trapping ability of Fe3+ and strong electron donating ability of Bi2+. The photocatalytic nitrogen reduction efficiency of 3 %Fe/Bi2O2.33 (118.71 μmol gcat-1h−1) is 5.3 times that of Bi2O2.33 (22.41 μmol gcat-1h−1). In-situ Fourier transform infrared (In situ FTIR) spectroscopy and density functional theory (DFT) calculations manifest that Fe3+-Bi2+ dual active sites work together to promote nitrogen adsorption and activation, and the reaction path is more inclined toward alternate hydrogenation path. N2 adsorption and activation properties are optimized by heteronuclear bimetallic active sites, which offers a new way for the rational design of nitrogen-fixing photocatalysts.
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