Skip to main content
Erschienen in: Rare Metals 3/2024

28.11.2023 | Original Article

Electronic structure regulation and built-in electric field synergistically strengthen photocatalytic nitrogen fixation performance on Ti-BiOBr/TiO2 heterostructure

verfasst von: Ru-Qi Li, Yu-Jie Bian, Chun-Ming Yang, Li Guo, Tao-Xia Ma, Chuan-Tao Wang, Feng Fu, Dan-Jun Wang

Erschienen in: Rare Metals | Ausgabe 3/2024

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

At present, industrial synthetic ammonia was still obtained through the Hubble-Bosch process, with large energy consumption. It is a research hotspot to realize green synthetic ammonia by using solar energy. The difficulty of photocatalytic ammonia synthesis was that the photo-excited electrons have not enough energy to active N≡N. In this study, Ti was doped into BiOBr by one-step hydrothermal method, which was oxidized into TiO2 when the doping amount reaches the maximum, in situ forming Ti0.31B0.69OB/TiO2 composites. Benefiting from the synergistic effect of Ti doping and S-scheme heterojunction, the synthetic ammonia efficiency of Ti0.31B0.69OB/TiO2-11.96 reached 1.643 mmol·g−1cat at mild conditions and without hole scavenger for up to 7 h, the efficiency of synthetic ammonia is 115 times, 10.5 times and 3.3 times of that of BiOBr, Ti0.31B0.69OB and TiO2, respectively. Specifically, DFT calculation confirms that Ti doping accurately refine the electronic structure of BiOBr, facilitate nitrogen adsorption activation and reduce hydrogenation reaction energy barrier, thus accelerating the reaction kinetics of photocatalytic nitrogen reduction (NRR). Meanwhile, constructing S-scheme heterojunction boosts the separation and transfer of photogenerated electron–hole pairs, improving the reduction ability of electrons in the conduction band of TiO2 and the oxidation ability of holes in the valence band of Ti0.31B0.69OB.

Graphical abstract

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Anhänge
Nur mit Berechtigung zugänglich
Literatur
[28]
Zurück zum Zitat Xu C, Zhou Q, Huang WY, Yang K, Zhang YC, Liang TX, Liu ZQ. Constructing Z-scheme β-Bi2O3/ZrO2 heterojunctions with 3D mesoporous SiO2 nanospheres for efficient antibiotic remediation via synergistic adsorption and photocatalysis. Rare Met. 2022;41:2094. https://doi.org/10.1007/s12598-021-01897-9. Xu C, Zhou Q, Huang WY, Yang K, Zhang YC, Liang TX, Liu ZQ. Constructing Z-scheme β-Bi2O3/ZrO2 heterojunctions with 3D mesoporous SiO2 nanospheres for efficient antibiotic remediation via synergistic adsorption and photocatalysis. Rare Met. 2022;41:2094. https://​doi.​org/​10.​1007/​s12598-021-01897-9.
[39]
Zurück zum Zitat Chen LW, Hao YC, Guo Y, Zhang QH, Li JN, Gao WY, Ren LT, Su X, Hu LY, Zhang N, Li SW, Feng X, Gu L, Zhang YW, Yin AX, Wang B. Metal-organic framework membranes encapsulating gold nanoparticles for direct plasmonic photocatalytic nitrogen fixation. J Am Chem Soc. 2021;143:5727. https://doi.org/10.1021/jacs.0c13342.CrossRefPubMed Chen LW, Hao YC, Guo Y, Zhang QH, Li JN, Gao WY, Ren LT, Su X, Hu LY, Zhang N, Li SW, Feng X, Gu L, Zhang YW, Yin AX, Wang B. Metal-organic framework membranes encapsulating gold nanoparticles for direct plasmonic photocatalytic nitrogen fixation. J Am Chem Soc. 2021;143:5727. https://​doi.​org/​10.​1021/​jacs.​0c13342.CrossRefPubMed
[42]
[43]
Zurück zum Zitat Yan R, Zada A, Sun L, Li ZJ, Mu ZY, Chen SY, Yang F, Sun JH, Bai LL, Qu Y, Jing LQ. Comparative study of metal oxides and phosphate modification with different mechanisms over g-C3N4 for visible-light photocatalytic degradation of metribuzin. Rare Met. 2022;41(1):155. https://doi.org/10.1007/s12598-021-01857-3 Yan R, Zada A, Sun L, Li ZJ, Mu ZY, Chen SY, Yang F, Sun JH, Bai LL, Qu Y, Jing LQ. Comparative study of metal oxides and phosphate modification with different mechanisms over g-C3N4 for visible-light photocatalytic degradation of metribuzin. Rare Met. 2022;41(1):155. https://​doi.​org/​10.​1007/​s12598-021-01857-3
Metadaten
Titel
Electronic structure regulation and built-in electric field synergistically strengthen photocatalytic nitrogen fixation performance on Ti-BiOBr/TiO2 heterostructure
verfasst von
Ru-Qi Li
Yu-Jie Bian
Chun-Ming Yang
Li Guo
Tao-Xia Ma
Chuan-Tao Wang
Feng Fu
Dan-Jun Wang
Publikationsdatum
28.11.2023
Verlag
Nonferrous Metals Society of China
Erschienen in
Rare Metals / Ausgabe 3/2024
Print ISSN: 1001-0521
Elektronische ISSN: 1867-7185
DOI
https://doi.org/10.1007/s12598-023-02471-1

Weitere Artikel der Ausgabe 3/2024

Rare Metals 3/2024 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.