Efficient Photocatalytic Nitrogen Fixation: Enhanced Polarization, Activation, and Cleavage by Asymmetrical Electron Donation to NN Bond

材料科学 光催化 石墨氮化碳 电子 光化学 键裂 催化作用 生物化学 化学 量子力学 物理
作者
Jili Yuan,Xuanying Yi,Yanhong Tang,Meijun Liu,Chengbin Liu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:30 (4) 被引量:128
标识
DOI:10.1002/adfm.201906983
摘要

Abstract Photocatalytic nitrogen (N 2 ) fixation suffers from low efficiency due to the difficult activation of the strongly nonpolar NN bond. In this study, a Ru–Co bimetal center is constructed at the interface of Ru/CoS x with S‐vacancy on graphitic carbon nitride nanosheets (Ru‐Vs‐CoS/CN). Upon adsorption, the two N atoms in N 2 are bridged to the Ru–Co center, and the asymmetrical electron donation from Ru and Co atoms to N 2 adsorbate highly polarized NN bond to double bond order. The plasmonic electric‐field‐enhancement effect enables the Ru/CoS x interface to boost the generation of energetic electrons. The Schottky barrier between Ru and CoS x endows the interface with electron transfer from CoS x to Ru. The Ru‐end bound N at the Ru–Co center is preferentially hydrogenated. As a result, the Ru‐Vs‐CoS/CN photocatalyst shows an NH 3 production rate of up to 0.438 mmol g −1 h −1 , reaching a high apparent quantum efficiency of 1.28% at 400 nm and solar‐to‐ammonia efficiency of 0.042% in pure water under AM1.5G light irradiation.
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