Synergistic Contact‐Electro‐Catalysis and Photocatalysis via TiO 2 @PTFE Composites for Efficient N 2 to NH 3 Conversion

光催化 催化作用 材料科学 氮气 化学工程 复合数 吸附 半导体 固氮 合理设计 纳米技术 协同催化 中心组合设计 无机化学 化学 固定(群体遗传学) 原位 科技与社会 表征(材料科学) 电化学 比表面积
作者
Kaiyang Shi,Huan Meng,Jiajin Liu,Shuai Ma,Wei Tang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:64 (47): e202515707-e202515707 被引量:8
标识
DOI:10.1002/anie.202515707
摘要

Catalytic nitrogen fixation from N2 and water under mild conditions offers a sustainable NH3 synthesis route. Herein, we report a synergistic nitrogen fixation strategy combining contact-electro-catalysis (CEC) with photocatalysis via one-step in situ hydrothermally synthesized TiO2 @PTFE catalyst, and achieved an activity of 133.6 µmol g-1 h-1. It represents 10.9-fold and 7.5-fold enhancements over pristine TiO2 and PTFE, respectively, outperforming current CEC systems and many photocatalytic systems operating without sacrificial agents. Further characterization and theoretical calculations reveal the synergy: the composite catalyst enhances the CEC catalyst dispersion; the CEC-generated electric fields promote photogenerated charge separation and elevate the semiconductor's Fermi level, bolstering photocatalytic N2 reduction; conversely, the semiconductor boosts CEC efficiency via enhanced N2 adsorption and supplemental electron donation. We anticipate that this work establishes a "two birds with one stone" strategy, providing novel insights into CEC-photocatalysis synergy and a pathway for rational design of high-performance nitrogen fixation catalysts.
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