Feδ⁺-O-Bi原子对光催化剂

载流子寿命10倍

不对称电荷重分布延长载流子寿命并强化关键中间体非共价作用，从而大幅提升光催化合成氨速率。

张梅 · Wu, Yao · Chen, Chao · 熊君 · Zhiwei, Shao · 华英杰 · Liu, Zheng · Di, Jun

Applied Catalysis B: Environmental 2025

具体参数

产氨速率

{'zh': '5770', 'en': '5770'} μmol g⁻¹ h⁻¹

表观量子效率（380 nm）

{'zh': '26.9', 'en': '26.9'} %

表观量子效率（400 nm）

{'zh': '26.78', 'en': '26.78'} %

表观量子效率（450 nm）

{'zh': '14.36', 'en': '14.36'} %

表观量子效率（500 nm）

{'zh': '15.47', 'en': '15.47'} %

表观量子效率（550 nm）

{'zh': '2.45', 'en': '2.45'} %

载流子寿命（Bi₃O₄Br）

{'zh': '70.73', 'en': '70.73'} ps

载流子寿命（Fe-Bi₃O₄Br）

{'zh': '706.91', 'en': '706.91'} ps

技术优势

载流子寿命提升10倍

Fe与Bi之间的功函数差引起局部极化，形成不对称电荷重分布，使载流子寿命从70.73 ps延长至706.91 ps。

降低决速步骤能垒

不对称原子对增强与*H₂NO的非共价作用强度，从而降低反应的限速能垒。

高效活化反应中间体

激发态下Fe dz²轨道上未成对电子的离域有利于吸附NO₃⁻并持续提供电子给反应中间态。

应用场景

• 光催化合成氨：利用废水中的硝酸盐在光照下直接转化为氨，实现温和条件下合成氨。
• 人工光合作用：通过不对称原子对模拟自然光合作用中的电荷分离，提高太阳能到化学能的转化效率。
• 氮肥生产：将氮氧化物还原为铵盐，为绿色氮肥生产提供新路径。