太陽能製氫及固氮反應取得重要進展

據中國光催化網報道：氫氣無碳、燃(ran)燒(shao)焓(han)高(gao)
，因(yin)而(er)擁(yong)有(you)極(ji)大(da)的(de)潛(qian)力(li)成(cheng)為(wei)下(xia)一(yi)代(dai)的(de)新(xin)能(neng)源(yuan)載(zai)體(ti)。而(er)氨(an)氣(qi)是(shi)地(di)球(qiu)氮(dan)循(xun)環(huan)過(guo)程(cheng)中(zhong)氮(dan)氣(qi)向(xiang)蛋(dan)白(bai)質(zhi)和(he)肥(fei)料(liao)轉(zhuan)變(bian)的(de)重(zhong)要(yao)中(zhong)間(jian)體(ti)，因(yin)此(ci)利(li)用(yong)太(tai)陽(yang)能(neng)光(guang)催(cui)化(hua)技(ji)術(shu)來(lai)分(fen)解(jie)水(shui)析(xi)氫(qing)和(he)固(gu)氮(dan)生(sheng)成(cheng)氨(an)氣(qi)的(de)過(guo)程(cheng)被(bei)世(shi)界(jie)各(ge)國(guo)的(de)科(ke)學(xue)家(jia)一(yi)致(zhi)認(ren)為(wei)是(shi)化(hua)學(xue)界(jie)的(de)“聖杯”反應。目前製約太陽能分解水和固氮效率的關鍵科學挑戰在於電子和空穴在光催化劑體相的分離效率較低以及氮氣分子中N≡N鍵較難活化。

2007年至今，華中師範大學長江學者、guojiajiechuqingnianjijinhuodezhezhanglizhijiaoshoujiqiyanjiutuanduiyiduiyongyoudutecengzhuangjiegouluyanghuabidehechengheguangcuihuaxingnengjinxinglechangdashiniandeyanjiutansuo。zuijinjinian，suizheduiluyanghuabijiegouyuxingnenggouxiaoguanxilijiedebuduanshenru，gaiketizuzheyanyu“利用層狀結構誘導的內建電場來提高載流子的體相分離效率”和“通過構造表麵氧空位來促進氮-氮三鍵活化”兩個研究主線，立足於“碳摻雜和剝離單層增強內電場”以及“水熱調控氧空位”的結構調控策略，由此在解決太陽能分解水和固氮反應的關鍵方麵取得了重要的研究進展。

均相碳摻雜氯氧化鉍光催化分解水析出氧氣。通過采用先水熱碳化、後煆燒的兩步法成功把碳摻雜劑均相注入到Bi₃O₄Cl晶格內部
，碳摻雜Bi₃O₄Cl納米片由於126倍的內電場強度提高實現了高達80%的體相電荷分離效率，由此可以在可見光照射下高效光催化分解純水析出氧氣。

雙麵神雙層異質結高效光催化分解水析出氫氣。利用氧空位的豐富表麵化學特性，把單層金屬相MoS₂組裝到單層且富含氧空位Bi₁₂O₁₇Cl₂的[Bi₁₂O₁₇]端麵，合成出雙麵神雙層異質結(Cl₂)-(Bi₁₂O₁₇)-(MoS₂)。該催化劑能夠原子水平精確控製光生電荷的體相分離和表麵轉移，光生電荷壽命高達3446 ns
，420納米可見光處的光催化產氫量子效率為36%。

富含表麵氧空位的溴氧化鉍無犧牲劑無貴金屬高效光催化固氮。受生物固氮的基本過程啟發，利用溴氧化鉍{001}晶麵氧空位模擬固氮酶中的FeMo輔(fu)因(yin)子(zi)對(dui)氮(dan)分(fen)子(zi)進(jin)行(xing)活(huo)化(hua)以(yi)削(xue)弱(ruo)其(qi)共(gong)價(jia)鍵(jian)，以(yi)可(ke)見(jian)光(guang)作(zuo)為(wei)能(neng)量(liang)供(gong)給(gei)，水(shui)作(zuo)為(wei)綠(lv)色(se)質(zhi)子(zi)源(yuan)，實(shi)現(xian)無(wu)犧(xi)牲(sheng)劑(ji)無(wu)貴(gui)金(jin)屬(shu)輔(fu)助(zhu)的(de)高(gao)效(xiao)可(ke)見(jian)光(guang)催(cui)化(hua)固(gu)氮(dan)產(chan)生(sheng)氨(an)氣(qi)的(de)反(fan)應(ying)。