室溫氮還原反應(yīng)（NRR）對化肥工業(yè)和基礎(chǔ)催化科學都具有重要意義。為從水、空氣和陽光中生產(chǎn)氨，光催化NRR旨在顯著釋放與Habor-Bosch工藝相關(guān)的能量和環(huán)境壓力。

基于此，東莞理工學院孫成華教授、東北大學李松教授、中科院大連化學物理研究所劉健研究員和東北林業(yè)大學徐加廷教授（共同通訊作者）等人報道了一種硼摻雜TiO₂（TiO₂-B）的NRR光催化劑。通過硼摻雜改性的TiO₂（101）具有強可見光吸收（帶隙1.92 eV）和優(yōu)異反應(yīng)性的NRR催化劑，具有小的熱力學勢壘（0.44 eV）以及高周轉(zhuǎn)頻率（1.08×10^-5 s^-1 site^-1）。在模擬陽光照射下，TiO₂-B納米片的氨產(chǎn)量達到了3.35 mg h^-1 g^-1。

通過DFT計算表明，A101_OV/B在正ΔG(H)（0.80 eV）(0.80 eV)的支持下表現(xiàn)出優(yōu)異的NRR選擇性。除A101_OV/B從鄰近的Ti原子獲得約0.22個電子外，所有潛在的催化位點均帶正Bader電荷，A101_OV/B具有最佳的NRR性能和選擇性。A101_OV和A101_I的δ值較小，具有中等的NRR活性。通常，從活性位點向吸附N₂注入電子是N≡N活化所必需，因此富電子催化位點具有這種能力。

此外，作者還計算了N-N，B-N和Ti-N的pCOHP。對于Ti，所有價態(tài)均以成鍵為主，而具有B-N成鍵的價態(tài)絕大多數(shù)為反鍵態(tài)。根據(jù)Bader電荷，N₂接受電子，B接受電子1.44 |e|，Ti接受電子0.15 |e|。總之，Ti-B共存可以介導局部電子分布的排列，構(gòu)建N₂活化和還原的共同工作機制，并抑制HER。最后，利用HSE06混合泛函計算隱式水溶液的帶邊對準，更接近實驗條件。

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.