本网讯 近日，中南大学材料科学与工程学院王梁炳特聘教授通过精细调控光催化纳米材料的电子结构实现室温高效光固氮，在《ACS Energy Letters》、《Appl. Catal. B: Environ.》、《ACS Catalysis》等国际权威期刊连续发表了团队研究成果。

氨是世界上最重要的化工产品，其衍生物氮肥作为现代农业的基础，大幅提高各类农作物的产量，解决了全世界数十亿人口温饱问题。但是，传统氨合成过程是在高温高压下通过氢气和氮气反应制得，耗能极高。据统计，每年合成氨所消耗的能量占全球能源总消耗的2%左右。借助光催化策略，在室温常压下以水为质子源实现氮气直接转化为氨是极具前景的固氮新路径，受到全球科学界和产业界的广泛关注。王梁炳特聘教授课题组利用多孔Cu的等离激元共振效应，构筑了多孔Cu负载的Fe催化剂，实现了氮气的高效光固定直接转化为氨。多孔CuFe催化剂展现出优异的催化活性，其氨生成速率达342μmol·gcat.⁻¹·h⁻¹。该工作发表于国际著名期刊《ACS Energy Letters》，中南大学是第一单位，王梁炳特聘教授和中国科学技术大学张文华副教授是共同通讯作者。

（图为王梁炳特聘教授课题组研制的多孔CuFe氮气光固定路径示意图）

除了金属晶体，部分氧化物和氮化物也被发现具有优异的等离激元共振效应。王梁炳特聘教授课题组基于二维新型氮化物Ti₃C₂T_xMXenes的近红外等离激元共振特性和TiO₂材料的能带结构，制备了TiO₂/Ti₃C₂T_x复合催化剂，并成功应用于光固氮，实现了太阳光全光谱的高效固氮。此外，对于具有高效活性位点但不能产生光电响应的催化材料，往往需要在催化反应体系中加入光敏化剂。目前使用的光敏化剂一般是昂贵的贵金属基分子或者染料分子。课题组成功将廉价NaI/PPh₃光敏化剂体系应用于多相光催化反应，构筑了Fe₁/C-NaI/PPh₃单原子光催化体系，实现了室温高效光固氮。上述两项工作分别发表于国际著名期刊《Appl. Catal. B: Environ.》和《ACS Catalysis》，中南大学为第一单位，王梁炳特聘教授为通讯作者。

（图为王梁炳特聘教授课题组研制的TiO₂/Ti₃C₂T_x复合催化剂、Fe₁/C-NaI/PPh₃催化体系氮气光固定原理图）

本工作得到了国家自然科学基金、湖湘高层次人才聚集工程、湖南省优秀青年基金、中南大学创新驱动计划、中南大学科研启动资金和粉末冶金国家重点实验室自主课题的大力支持。

论文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.0c00959

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337320304872

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c00920