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固氮合成氨有了高效光催化剂

文章来源:界面登陆         发布时间:2021-03-10 01:25

本文摘要:据中国科技大学介绍,该校熊宇杰教授团队通过金属氧化物光催化剂的缺失工程控制,可以通过混合方式修理催化剂的缺失状态,提高缺失位置对氮分子的有效活化,有效提高光催化固氮合成氨的效率。该成果日前在线公开发表于国际化学最重要的期刊《美国化学会志》。工业合成氨技术用于铁基催化剂,其反应条件非常严格(250大气压、400摄氏度),能耗非常大。光催化技术需要将太阳能转化为化学能源,为减少合成氨能源消耗取得了非常有前途的方法。

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据中国科技大学介绍,该校熊宇杰教授团队通过金属氧化物光催化剂的缺失工程控制,可以通过混合方式修理催化剂的缺失状态,提高缺失位置对氮分子的有效活化,有效提高光催化固氮合成氨的效率。该成果日前在线公开发表于国际化学最重要的期刊《美国化学会志》。工业合成氨技术用于铁基催化剂,其反应条件非常严格(250大气压、400摄氏度),能耗非常大。光催化技术需要将太阳能转化为化学能源,为减少合成氨能源消耗取得了非常有前途的方法。

由于氮分子稳定的化学特性,普通光催化材料难以活化氮分子,开发高效的固氮合成氨光催化剂仍面临巨大挑战。氮分子活化一般指的是氮还原的前提条件。对于光触媒材料,表面的缺失位置可以作为氮分子化学导电的活性位置,同时局域在缺失位置的电子可以转移到导电氮分子的反键π轨道上,从而减弱氮氮氮叁键。

科学研究人员将钼原子混入催化剂的缺点,构建了光催化系统中氮分子的高效活化。研究人员融合实时电磁辐射技术密切相关,计算原位红外光谱检测和理论模拟,说明混合钼原子对缺失状态的修理。

另一方面,钼配合提高了催化剂不足能源水平,增加了电子能源混合过程带来的能源损失,另一方面,钼配合的钼-钨异质位置控制了导电氮分子的电荷状态,减少了氮原子之间的电荷差同时提高了金属氧键的共价性,增加了光生电子的移动过程。这些钼配合带来的不同效果之间的协同作用,有效地增加了催化剂位置对氮分子的活化,催化剂光驱动固氮合成氨的效率大幅度提高。

该成果为开发高效的固氮光催化剂和控制催化剂缺失的新构想,展示了催化剂位置电子结构的控制对催化反应的重要性。


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