通过TiO2@PTFE复合材料实现协同接触电催化和光催化作用，高效将N2转化为NH3

催化氮固定研究开发出TiO?@PTFE复合催化剂，通过接触电催化与光催化协同实现133.6 μmol g?1 h?1的产氨活性，较纯TiO?和PTFE分别提升10.9倍和7.5倍。

　　

摘要

在温和条件下，通过N₂和水实现催化氮固定可以提供一种可持续的NH₃合成方法。本文报道了一种结合接触电催化（CEC）和光催化的协同氮固定策略，使用一步原位水热合成的TiO₂@PTFE催化剂，其活性达到了133.6 μmol g^?1 h^?1。这一活性分别比纯TiO₂和PTFE提高了10.9倍和7.5倍，优于现有的CEC系统以及许多不使用牺牲剂的光催化系统。进一步的表征和理论计算揭示了这种协同作用：复合催化剂增强了CEC催化剂的分散性；CEC产生的电场促进了光生电荷分离并提升了半导体的费米能级，从而增强了N₂的光催化还原能力；反之，半导体通过改善N₂的吸附和提供额外的电子来提高CEC的效率。我们预计这项工作提供了一种“一石二鸟”的策略，为CEC-光催化的协同作用提供了新的见解，并为高性能氮固定催化剂的设计提供了理论依据。

图形摘要

一步合成的TiO₂@PTFE催化剂将接触电催化与光催化相结合，在温和条件下实现了133.6 μmol g^?1 h^?1的NH₃产量。这种协同作用源于分散性的改善、电场驱动的电荷分离、费米能级的提升以及N₂吸附能力的增强。机理研究和密度泛函理论（DFT）计算证实了双场驱动的激活机制，为高效的氮固定和先进催化剂的设计提供了可行的途径。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。