Boosting Photocatalytic Nitrogen Fixation via Constructing Low-Oxidation-State Active Sites in the Nanoconfined Spinel Iron Cobalt Oxide

尖晶石 光催化 催化作用 氧化钴 电子转移 氧化物 氧化还原 氮气 材料科学 氧化铁 化学 光化学 无机化学 冶金 有机化学
作者
He Li,Mengyang Xia,Ben Chong,Hang Xiao,Bin Zhang,Bo Lin,Bolun Yang,Guidong Yang
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:12 (16): 10361-10372 被引量:85
标识
DOI:10.1021/acscatal.2c02282
摘要

The achievement of both N2 enrichment and activation of N≡N bonds on active sites in the photocatalytic nitrogen reduction reaction (NRR) under environmental conditions is a long-sought-after goal. Here, a nanoconfined spinel iron cobalt oxide (FeCo2O4) is prepared, which has a low oxidation state and stronger Fe’s 3d orbital electron-donating capability of iron active sites and can efficiently transfer electrons to N2 π* orbitals to facilitate activation of nitrogen. Additionally, we rationally control the mass transfer of nitrogen molecules in a nanoconfined interior cavity via the nanoconfined effect, forcing the N2 enrichment in the iron cobalt oxide semiconductor. In this work, the NRR performance of the nanoconfined iron cobalt oxide photocatalyst achieves 1.26 μmol h–1 (10 mg of photocatalyst addition), which is 3.7 times higher than that of bulk FeCo2O4. Our proposed strategy simultaneously satisfies both N2 capture and activation of nitrogen and instructs the development of low-oxidation-state iron-based photocatalysts for nitrogen fixation.
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