我院王丽波老师关于双空位半导体MoO_3−x和Fe掺杂W₁₈O₄₉构筑的Z型异质结用于光催化固氮取得重要研究进展。相关研究成果以“Z-scheme heterojunctions with double vacancies semiconductors MoO_3−x and Fe-doped W₁₈O₄₉ for photocatalytic nitrogen fixation”为题，于2022年8月27日发表于化学领域国际期刊Journal of Alloys and Compounds。

自然界中的氮元素主要以氮气的形式存在，而大部分生物体不能直接将氮气转化为氨或硝酸盐等化合物。在工业上采用Haber-Bosch方法将氮气转化为氨，消耗了大量的能源，同时产生严重的环境污染。光催化固氮以H₂O和N₂为反应物、太阳能为驱动力，可在常温常压条件下完成催化反应，但光催化固氮仍然面临着N₂固定活性低等问题。

本研究利用两步溶剂热制备了Z-scheme异质结MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉，光激发产生的弱还原性电子与弱氧化性空穴可以发生淬灭，使催化剂表现出强的氧化还原能力。制备的MoO_3-x为纳米片堆积而成的类似于花状的结构，可作为纳米线Fe-W₁₈O₄₉的附着载体，有效抑制纳米线的聚集。由此，Fe-W₁₈O₄纳米线中将有更多的氧空位暴露在催化剂表面，而MoO_3-x中的空位可作为弱还原性电子与弱氧化性空穴的复合中心，促进氮气固定反应的发生。与MoO_3-x和Fe-W₁₈O₄₉相比较，异质结MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉的固氮性能得到了提升。此项工作内容对其他研究者在光催化固氮方面的探索具有一定的积极影响。

第一作者为王丽波老师，论文第二单位为吉林工程技术师范学院（与东北师范大学合作发表）。论文的发表标志着化学与工业生物工程交叉学科研究院在光催化领域的新拓展。

催化剂MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉合成路线示意图

(a) MoO_3-x、(b) Fe-W₁₈O₄₉、(c) 25MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉、(d) 35MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉和(e) 45MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉的SEM图片，(f) 35MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉的HRTEM

(a) 35MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉和MoO_3-x的XPS测量光谱图，35MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉及MoO_3-x中(b) Mo 3d和(c) O 1s的高分辨率XPS光谱图，35MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉中(d) W 4f和(e) Fe 2p的高分辨率XPS光谱图

(a) MoO_3-x和 (b) 35MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉的氮吸附-脱附等温线和孔径分布曲线

(a) 全光谱辐射下各样品的NH₃生成速率，(b) 35MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉的光催化循环试验

全光谱辐射下MoO_3-x/Fe-W₁₈O₄₉复合物的光催化固氮机理