具有氧空位的In2O3/In2S3异质结光催化剂的设计合成及其可见光催化固氮性能研究
批准号:
21878031
项目类别:
面上项目
资助金额:
66.0 万元
负责人:
董晓丽
依托单位:
学科分类:
资源、环境与生态化工
结题年份:
2022
批准年份:
2018
项目状态:
已结题
项目参与者:
王宇、马红超、郑楠、华承贺、石春景、毕元清、何志漪、许惠畅
中文摘要
以太阳能驱动的光催化固氮制氨技术是新型绿色清洁的人工固氮方法之一,如何有效地活化N2分子和提高催化剂的量子效率是光催化固氮技术急需解决的关键科学问题。本项目拟以氧空位作为N2分子的吸附和活化位点和In2O3材料为异质结光催化剂中的主体材料,通过简易可控的阴离子交换法在In2O3上原位构筑具有氧空位的In2O3/In2S3异质结可见光催化剂,阐明异质结形成机理及构建过程的结构优化机制,获得光催化性能稳定的In2O3/In2S3异质结的制备方法;期待在实现较高N2分子活化能力的同时,设计合成出具有较高可见光光催化效率的新型异质结光催化剂,并考察其利用太阳能光催化固氮的性能;探明异质结的结构组成、表面氧空位的浓度、禁带宽度的降低对光催化固氮性能的协同作用机制,建立明确的构效关系;揭示In2O3/In2S3异质结可见光催化固氮反应机理。该研究为开发高效低耗的光催化固氮制氨技术及其实际应用奠定基础。
英文摘要
Solar-driven photocatalytic fixation of nitrogen to ammonia is a novel green and clean strategy for artificial nitrogen fixation. The efficiency of photocatalytic N2 fixation highly depends on the catalytic activation center capable of activating the N-N triple bond and photocatalytic performance of catalysts. In this project, we propose to construct In2O3/In2S3 heterojunction photocatalysts with oxygen vacancies (OVs) as the catalytic activation centers and In2O3 as the base material. We will synthesize the In2O3/In2S3 heterojunction photocatalysts with OVs based on as-prepared In2O3 via a facile and controllable hydrothermal process followed by an in situ anion exchange reaction. The formation mechanism and the optimization of formation conditions will be investigated, and the optimized fabrication method of the In2O3/In2S3 heterojunctions with stable photocatalytic performance will be achieved,and its performance in Solar-driven photocatalytic fixation of nitrogen to ammonia will be further investigated. The design and fabrication of novel heterojunction photocatalysts with the improved visible-light-driven photocatalytic efficiency as well the better ability to activate N2 will be envisaged. The well-defined structure-activity relationship of the heterojunction photocatalysts will be built by investigating the synergistic effect of the composition and structure of catalysts, the concentration of OVs, and the reduction of heterojunction’s bandgap on the performance of photocatalytic N2 fixation. The mechanism of visible-light-driven photocatalytic N2 fixation will be clarified. The outcomes of this project will greatly contribute to the development of the efficient and low energy-consuming photocatalytic N2 fixation technique and the practical application.
以太阳能驱动的光催化固氮制氨技术是新型绿色清洁的人工固氮方法之一,如何有效地活化N2分子和提高催化剂的量子效率是光催化固氮技术急需解决的关键科学问题。本研究基于空位作为N2分子的吸附和活化位点、提高光催化剂的光吸收性能、光生电荷分离能力以及快速界面反应速率的视角,构建了多种新型可见光催化剂用于光催化固氮。.第一,利用水热法以及原位阴离子交换原理制备了一种花球状In2O3/In2S3异质结光催化剂,并首次用于光催化固氮研究;结合多种表征手段分析了In2O3/In2S3异质结的可见光催化固氮反应机理,阐明了异质结的结构组成、氧空位浓度对催化固氮性能的协同作用机制,建立了明确的构效关系。.第二,以金属-有机框架材料MIL-68(In)为模板,硫脲作为硫源,利用溶剂热法制备出一种具有中空结构的In2S3纳米管,并通过调控In2S3纳米管在氮气气氛中煅烧的温度,获得了不同浓度的硫空位;In2S3纳米管在光催化固氮方面表现出卓越的性能和出色的稳定性。.第三,采用两步水热法首次制备了金属Bi沉积钒酸铟纳米片(Bi/InVO4)光催化剂,并系统考察了金属Bi的含量对Bi/InVO4光催化固氮效率的影响;进一步研究了金属Bi赋予的表面等离子体共振效应增强了光捕获和电荷载流子的有效分离和迁移,从而实现了光催化活性的增强。.第四,采用煅烧和氢还原方法制备出具有丰富氧空位的斜方相的氢化Bi5O7I(H-Bi5O7I)微球光催化剂,其具有丰富氧空位、更合适的带隙、更好的电子捕获能力和更有效的光生电荷的分离和转移速率,从而H-Bi5O7I取得了优异的光催化固氮性能。.第五,利用溶剂热法制备了具有丰富氧空位的Bi修饰的BiOBr(Bi@BiOBr)异质结微球光催化剂,并解释了氧空位、比表面积和Bi的表面等离子体共振效应对Bi@BiOBr异质结光催化固氮性能提高的影响规律。.第六,通过调节溶剂热反应时间,成功制备了硫空位浓度可控的富硫空位Bi2S3纳米棒。硫空位不仅可以作为氮吸附活化的活性位点,而且可以促进光生载流子的分离和转移,Bi2S3纳米棒展现出优异的光催化固氮性能。.该研究为开发高效低耗的光催化固氮制氨技术奠定了基础。
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Synthesis of plasmonic bismuth metal deposited InVO4 nanosheets for enhancing solar light-driven photocatalytic nitrogen fixation
等离子体铋金属沉积 InVO4 纳米片的合成用于增强太阳光驱动的光催化固氮
DOI:
10.1039/c9se01136f
发表时间:
2020-03
期刊:
Sustainable Energy & Fuels
影响因子:
5.6
作者:
[Wang Jiawei, Hua Chenghe, Dong Xiaoli, Wang Yu, Zheng Nan]
通讯作者:
Zheng Nan
Facile construction of a hierarchical Bi@BiOBr-Bi2MoO6 ternary heterojunction with abundant oxygen vacancies for excellent photocatalytic nitrogen fixation
轻松构建具有丰富氧空位的分层Bi@BiOBr-Bi2MoO6三元异质结,具有优异的光催化固氮作用
DOI:
10.1039/d1se00178g
发表时间:
2021
期刊:
Sustainable Energy & Fuels
影响因子:
5.6
作者:
[Lan Meng, Zheng Nan, Dong Xiaoli, Ren Xiaolei, Wu Jiaxin, Ma Hongchao, Zhang Xiufang]
通讯作者:
Zhang Xiufang
Fabrication of In2O3/In2S3 microsphere heterostructures for efficient and stable photocatalytic nitrogen fixation
In2O3/In2S3微球异质结构的制备用于高效稳定的光催化固氮
DOI:
10.1016/j.apcatb.2019.117932
发表时间:
2019-11
期刊:
Applied Catalysis B: Environmental
影响因子:
--
作者:
[Huichang Xu, Yu Wang, Xiaoli Dong, Nan Zheng, Hongchao Ma, Xiufang Zhang]
通讯作者:
Xiufang Zhang
One-Pot Solvothermal Synthesis of Flower-Like S-Doped BiOCl for Enhanced Photocatalytic Property in Dye Degradation and Nitrogen Fixation
一锅溶剂热合成花状 S 掺杂 BiOCl 增强染料降解和固氮光催化性能
DOI:
10.1002/slct.202100013
发表时间:
2021
期刊:
ChemistrySelect
影响因子:
2.1
作者:
[Wang Hongjuan, Hua Chenghe, Lan Meng, Zheng Nan, Dong Xiaoli, Ma Hongchao, Zhang Xiufang]
通讯作者:
Zhang Xiufang
Controllable fabrication of sulfur-vacancy-rich Bi2S3 nanorods with efficient near-infrared light photocatalytic for nitrogen fixation
高效近红外光催化固氮可控制备富硫空位 Bi2S3 纳米棒
DOI:
10.1016/j.apsusc.2022.153205
发表时间:
2022-04-02
期刊:
APPLIED SURFACE SCIENCE
影响因子:
6.7
作者:
[Lan, Meng, Wang, Yitong, Zhang, Xiufang]
通讯作者:
Zhang, Xiufang
共 18 条
锆金属有机骨架DUT-67基异质结光催化剂的可控构筑及可见光催化性能研究
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批准号:22478049
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2024
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负责人:董晓丽
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依托单位:
可控构筑含有硫空位的WS2基异质结体系及光催化固氮增强机理研究
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批准号:--
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项目类别:面上项目
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资助金额:61万元
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批准年份:2021
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负责人:董晓丽
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依托单位:
三维立体GR/有序介孔Bi2MoO6 异质结的设计合成及可见光催化性能
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批准号:21476033
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2014
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负责人:董晓丽
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依托单位:
国内基金
海外基金