Catalysis B：MXene助力光催化合成NH3

Ti₃C₂ MXenes是一种新型的二维层状材料，由于其具有较大的表面积、二维层状结构、较大的电容量、优异的导电性以及对N₂分子的有效的化学吸附/活化作用，被成功地用作一种新型高效的助催化剂来提高P25光催化NH₃的合成性能。

成果简介

近日，西北大学的Hai-Ying Jiang教授和英国伦敦大学学院的Junwang Tang教授在国际顶级期刊Applied Catalysis B: Environmental发表了题目为“2D-layered Ti₃C₂ MXenes for Promoted Synthesis of NH₃ on P25 Photocatalysts”的论文。在光照下，与纯P25相比，6% Ti₃C₂ MXenes-P25的优化样品的NH₃的产率提高了5倍，与测量的光电流密度和电荷寿命一致。进一步的力学研究表明，Ti₃C₂在光生电子空穴对的分离中起着重要的作用，可以积累从激发的P25中激发的电子。最重要的是，根据ESR谱和DFT计算，Ti₃C₂可以显著改善N₂的化学吸附和活性。此外，负载于P25上的Ti₃C₂ MXenes可以在P25中引入氧空位，也有利于光催化NH₃的合成。因此，这项研究为从空气中N₂光催化合成NH₃的工艺提供了一种高效、有前景的助催化剂。

图 1 Ti₃C₂ MXenes-P25的形貌。

图 2 Ti₃C₂ MXenes-P25的结构。

图 3 不同的Ti₃C₂ MXenes-P25合成NH₃的产率。

图 4 水和甲醇为H源时Ti₃C₂ MXenes-P25合成NH₃的产率。

图 5 Ti₃C₂ MXenes-P25的光电流响应。

图 6 平板模型。

图 7 Ti₃C₂ MXenes-P25的合成NH₃的机理图。

结 论

综上所述，Ti₃C₂ MXene被成功地用作新型合成NH₃的助催化剂。在光照下Ti₃C₂ MXenes对P25制备NH₃具有高效的促进作用。其中，6% Ti₃C₂ MXenes-P25样品具有最高的光催化活性。Ti₃C₂ MXenes在P25中引入了掺杂的氧空位，不仅减弱了被激发的电子空穴对的复合，而且促进了光催化剂对N₂的吸附。这项工作为从空气中N₂的光催化合成NH₃提供了一种高效、有前景的助催化剂。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0926337320304690

信息来源：MXene学术