表面功函数调控策略提升Bi2MoO6光催化固氮性能的研究

为解决传统Haber-Bosch工艺高能耗、高污染问题，中国科学院研究人员通过抗坏血酸表面修饰Bi2MoO6，成功构建缺陷工程调控的催化剂BMO-1。该材料在可见光下实现240.5 μmol·g?1·h?1的NH3产率，较原始材料提升4.5倍，其表面功函数降低和能带结构调整显著促进了光生载流子分离。该研究为绿色氨合成提供了新思路。

　　

氨作为绿色能源载体，其传统工业生产依赖高耗能的Haber-Bosch工艺，每年消耗全球1%能源并排放巨量CO₂。光催化氮固定技术利用太阳能驱动N₂和H₂O在常温常压下合成氨，但面临催化剂载流子复合率高、氮分子活化难等挑战。Bi₂MoO₆虽具有可见光响应特性，但其[MoO₆]八面体结构导致电荷传输效率受限。

为解决这一难题，中国科学院的研究团队创新性地采用抗坏血酸表面修饰策略，通过调控Bi₂MoO₆的表面功函数和能带结构，显著提升其光催化性能。研究发现，修饰后的BMO-1催化剂在可见光下实现240.5 μmol·g^?1·h^?1的氨产率，较未修饰样品提升4.5倍，该成果发表于《Journal of Alloys and Compounds》。

研究采用溶热法制备Bi₂MoO₆微球，通过不同浓度抗坏血酸处理构建表面缺陷。利用XRD、XPS、UPS等技术表征材料结构，通过光电化学测试和原位红外光谱分析反应机制。

Results and discussion部分揭示：XRD证实修饰未改变Bi₂MoO₆晶相（JCPDS 77-1246），但XPS显示Mo 3d峰位移表明[MoO₆]八面体配位环境改变。UPS测试表明BMO-1表面功函数降低1.2 eV，导带电位提升0.35 eV，带隙缩小0.8 eV。光电测试显示修饰样品光电流密度提升3倍，EIS谱显示电荷转移电阻降低67%。

Conclusion指出：表面缺陷作为活性位点促进N₂吸附活化，结构调控使光生电子-空穴对分离效率提升4.3倍。该工作为通过表面工程调控催化剂电子结构提供了范例，推动光催化固氮技术向实际应用迈进。

研究创新性体现在：首次将抗坏血酸修饰应用于Bi₂MoO₆固氮体系，阐明表面功函数与催化活性的构效关系。Mao Liu团队通过简单温和的改性方法，实现催化剂性能的显著提升，为绿色氨合成技术发展奠定基础。