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我校在农业环境材料及光催化领域取得进展

南湖网讯(通讯员 汪圣尧)我校理学院“先进材料与绿色催化”课题组在光催化驱动固氮-人工合成氨和太阳能转化的新途径研究领域获得突破性进展,相关成果近日在材料科学领域顶级期刊先进材料(《Advanced Materials》上发表,题为《Light-Switchable Oxygen Vacancies in Ultrafine Bi5O7Br Nanotubes for Boosting Solar-Driven Nitrogen Fixation in Pure Water》。论文第一作者为我校博士生汪圣尧,理学院陈浩教授和日本国立材料研究所叶金花教授为论文共同通讯作者。

氨是地球氮循环过程中氮气向蛋白质和肥料转变的重要中间体,利用太阳能光催化技术来固氮生成氨气的过程被世界各国的科学家们称之为化学界的“圣杯”反应。目前,半导体材料光生电子和空穴的分离效率低以及氮气分子中“N≡N”键活化较困难是制约太阳能驱动固氮效率的关键。由我校理学院陈浩教授带领的“先进材料与绿色催化”课题组首次设计并合成了直径为5nm自组装的Bi5O7Br纳米管。该纳米管不仅具有稳定的结构,还具有合适的光吸收带边和丰富的表面氧位点。

研究表明,在可见光辐照下,该材料原位产生含有丰富电子的氧空位能够捕获且有效活化氮气分子,成为一种新型的光催化固氮转化氨的方法。该材料在光诱导下可实现氧缺陷的循环,抑制催化剂失活,进而实现纯水体系中长效光催化固氮反应。目前,该催化剂实现氨产生速率高达1.38 mmol h−1 g−1,且在420nm波长下表观量子效率为2.3%。这一成果为设计具有更高催化活性的新型光驱空位半导体光催化剂提供新的思路,也有望为实现更加温和、稳定、高效的可见光驱动固氮反应提供重要参考。

上述研究成果受国家自然科学基金、校自主创新基金、国家公派留学基金资助。

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相关链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201701774/full

审核人:陈浩