通过共掺杂调控基于纳米线的W18O49的活性位点和能带结构，以实现高效的光催化氮固定

《ACS Applied Nano Materials》：Tuning Active Sites and Energy Band Structure of Nanowire-Based W18O49 via Co-Doping for Efficient Photocatalytic Nitrogen Fixation

Co掺杂优化了W18O49光催化固氮性能，理论计算和实验均表明Co掺杂改变了能带结构并形成活性位点，促进N2吸附活化，使催化效率达64.3 μmol gcat?1 h?1，较未掺杂材料提升近两倍。

　　

催化剂中的活性位点及其能带结构在光催化氮固定过程中起着关键作用。在本研究中，我们采用了一种掺杂策略，将钴（Co）原子引入由超薄纳米线自组装而成的海胆状W₁₈O₄₉纳米结构中。密度泛函理论计算和实验结果均表明，钴掺杂不仅改变了W₁₈O₄₉的能带结构，还成为了氮气（N₂）吸附和活化的位点。通过战略性掺杂钴，W₁₈O₄₉的带隙能量显著降低，从而增强了光生电子的激发能力。此外，钴原子的d轨道具有从氮气分子的σ_g轨道接受电子的能力，这促进了电子从钴的3d轨道向氮气分子的π*轨道的迁移，进而实现了氮三键（N≡N）的活化。在能带调控和活性位点引入的共同作用下，最佳掺钴量的Co–W₁₈O₄₉的光催化氮固定产率达到64.3 μmol g_cat^–1 h^–1，大约是W₁₈O₄₉的两倍。通过钴掺杂策略提升材料的光催化氮固定性能具有广泛的应用前景。