等离子体银纳米颗粒与缺氧TiO2?x/AgFeO2纳米复合材料协同作用实现高效光催化合成氨

本文推荐了一种通过水热法构建的具有氧空位（OVs）和表面等离子体共振（SPR）效应的TiO2?x/AgFeO2/Ag纳米复合材料，其光催化合成氨速率高达28,491 μmol·L?1·g?1，分别为TiO2和AgFeO2/Ag的7.42倍和2.70倍。该材料通过氧空位激活氮分子、银纳米颗粒产生热电子，显著提升载流子分离与氮吸附能力，且循环稳定性优异，为光催化固氮提供了新策略。

　　

表征

通过透射电子显微镜/高分辨透射电子显微镜（TEM/HRTEM，型号：Thermo Scientific Talos F200S）和场发射扫描电子显微镜（FESEM，型号：TESCAN MIRA3）对合成纳米催化剂的微观结构进行细致观察。X射线光电子能谱（XPS，型号：UHV SPECT）用于分析材料的化学状态。X射线衍射（XRD，型号：Philips Xpert X-Ray）记录了催化剂的晶体结构。比表面积及孔径分布（BET/BJH）通过BELSORP Mini II表面分析仪测定。拉曼光谱测试在特定仪器上完成。

结构分析

通过XRD分析（图1a）评估催化剂的物相组成。对于TiO_2?x，其九个特征峰归属于锐钛矿相TiO₂的四方结构（JCPDS 00–021–1272）。值得注意的是，在TiO_2?x/AgFeO₂/Ag-2纳米复合材料中，除TiO_2?x的衍射峰外，在2θ为14.6°、29.0°、34.0°、35.3°、40.4°、43.0°、50.8°、54.4°、60.6°、61.2°、63.1°、69.2°、72.3°和75.7°处出现的明显峰对应AgFeO₂和Ag的晶体结构，证实了复合材料的成功构建。

结论

总而言之，通过水热法在富含氧空位的TiO_2?x上生长AgFeO₂/Ag纳米颗粒，成功制备了具有S型异质结结构的TiO_2?x/AgFeO₂/Ag纳米复合材料。氧空位的引入有效调控了活性中心和比表面积，提升了氮还原的催化活性和选择性。银纳米颗粒的表面等离子体共振（SPR）效应和复合材料中丰富的氧空位作为电子陷阱，促进了光生载流子的分离与迁移，从而显著增强了光催化固氮性能。