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從氮(N₂)到氨(NH₃)的轉化已成為現代化學工業領域中至關重要的工業反應。哈伯-博世(Haber-Bosch)在高溫高壓下會產生大量的NH₃，這需要能源消耗并釋放大量二氧化碳。直接氮光固定是在溫和條件下可持續生產氨的可行解決方案。然而，太陽能固氮活性位點的產生不僅限制對光吸收、電荷轉移和催化效率之間關系的基本理解，而且影響了光催化活性。

基于此，大連理工大學侯軍剛團隊報道了具有氧空位的二維摻硼鈮酸納米片(BVo-HNbO₃ NSs)，可在沒有任何犧牲劑和助催化劑的情況下實現高效的N₂光固定。

在相變的調控下，合成的BVo-HNbO₃ NSs在純水中光催化N₂轉化為NH₃表現出優異且穩定的性能。

在可見光照射下(λ > 400 nm)，BVo-HNbO₃NSs的NH₃生產速率為170 μmol g_cat^-1 h^-1，比純水中的HNbO₃高11倍，甚至在700 nm以上的寬吸收范圍內呈現12.25μmol g_cat^-1 h^-1的生產速率。在同位素標記實驗和原位紅外光譜中代表¹⁵NH₄⁺的雙峰耦合證實了NH₃源自N₂而不是其他氮雜質。

實驗分析和密度泛函理論(DFT)計算表明，硼摻雜劑和氧空位的強協同作用調節了HNbO₃的能帶結構，促進了光生電荷轉移，降低了自由能壘，加速了反應動力學，促進了HNbO₃的高效NH₃析出。

BVo -HNbO₃ NSs的催化活性具體表現在具有長期穩定性和對NH₃的高選擇性。這項工作為設計活性光催化劑以實現穩健的太陽能N₂轉化提供了策略。

Two-Dimensional Defective Boron-Doped Niobic Acid Nanosheets for Robust Nitrogen Photofixation. ACS Nano, 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c06017

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大工侯軍剛ACS Nano: 二維缺陷硼摻雜鈮酸納米片用于穩健的氮光固定

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