四单位联合AEM：TiO2-B光催化剂的设计和评估
2023-01-29
摘要：东莞理工学院孙成华教授、东北大学李松教授、中科院大连化学物理研究所刘健研究员和东北林业大学徐加廷教授（共同通讯作者）等人报道了一种硼掺杂TiO2（TiO2-B）的NRR光催化剂
室温氮还原反应（NRR）对化肥工业和基础催化科学都具有重要意义。为从水、空气和阳光中生产氨，光催化NRR旨在显著释放与Habor-Bosch工艺相关的能量和环境压力。基于此，东莞理工学院孙成华教授、东北大学李松教授、中科院大连化学物理研究所刘健研究员和东北林业大学徐加廷教授（共同通讯作者）等人报道了一种硼掺杂TiO2（TiO2-B）的NRR光催化剂。通过硼掺杂改性的TiO2（101）具有强可见光吸收（带隙1.92 eV）和优异反应性的NRR催化剂，具有小的热力学势垒（0.44 eV）以及高周转频率（1.08×10-5 s-1 site-1）。在模拟阳光照射下，TiO2-B纳米片的氨产量达到了3.35 mg h-1 g-1。
通过DFT计算表明，A101OV/B在正ΔG(H)（0.80 eV）(0.80 eV)的支持下表现出优异的NRR选择性。除A101OV/B从邻近的Ti原子获得约0.22个电子外，所有潜在的催化位点均带正Bader电荷，A101OV/B具有最佳的NRR性能和选择性。A101OV和A101I的δ值较小，具有中等的NRR活性。通常，从活性位点向吸附N2注入电子是N≡N活化所必需，因此富电子催化位点具有这种能力。
此外，作者还计算了N-N，B-N和Ti-N的pCOHP。对于Ti，所有价态均以成键为主，而具有B-N成键的价态绝大多数为反键态。根据Bader电荷，N2接受电子，B接受电子1.44 |e|，Ti接受电子0.15 |e|。总之，Ti-B共存可以介导局部电子分布的排列，构建N2活化和还原的共同工作机制，并抑制HER。最后，利用HSE06混合泛函计算隐式水溶液的带边对准，更接近实验条件。
Knowledge-Driven Design and Lab-Based Evaluation of B-doped TiO2 Photocatalysts for Ammonia Synthesis. Adv. Energy Mater., 2023, DOI: 10.1002/aenm.202204126.
https://doi.org/10.1002/aenm.202204126.
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