作者：王传涛    核稿：高晓明

近日，我校煤基能源与环境催化技术研究团队在光催化固氮领域的研究工作取得了新进展，该工作不仅为高效固氮催化剂的设计构筑提供了新策略，而且为半导体催化剂性能的精准调控提供了新思路。

相关研究成果以“Refining electronic properties of Bi₂MoO₆ by In-doping for boosting overall nitrogen fixation via relay catalysis”为题，近日在Applied Catalysis B: Environmental在线发表（工程技术类Top期刊，中科院一区，IF 24.319）。硕士研究生马涛霞和杨春明博士为论文共同第一作者，王丹军、徐斌、付峰为共同通讯作者。

氨是一种重要基础化工原料和理想的氢能载体，具有能量密度高、液化压力低、储运安全等优点。目前，工业合成氨依赖于哈珀-博施（Haber-Bosch）工艺，以高纯H₂和N₂为原料，在高温（673~873 K）、高压（15~25 MPa）和铁系催化剂存在下进行，其中化石能源制氢会产生大量的二氧化碳排放。因此，在当前“双碳目标”和“能耗双控”背景下，开发低能耗、低排放的绿色合成氨技术具有重大的理论和实际意义。

近年来，研究团队围绕合成氨催化剂研发和配套催化装置开展了系列研究工作。研发团队以空气（N₂）和H₂O为原料，在铋基催化剂上实现室温合成氨，提出了催化剂表面缺陷态调控强化N≡N吸附活化，从而提高固氮性能的新思路（Chemical Engineering Journal, 2021, 414, 128827；Top期刊，中科院一区，IF 16.744)；建立了铋基催化剂上半反应协同强化光催化固氮性能的新策略（Journal of Materials Science & Technology, 2022,110,152；Top期刊，中科院一区，IF 10.32)。

近期，研究团队发展了催化剂电子调控新策略，采用In³⁺掺杂精准调控Bi₂MoO₆的d带中心、有效活化催化剂活性位点，从而显著降低了N₂分子在铋基催化剂表面活化能垒，使氨的生成速率提高了13倍；有趣的是，通过反应参数优化使NH₃经过接力催化氧化为NO₃^-，实现了“全固氮”反应（N₂→NH₃/NH₄⁺→NO₃^-）（Applied Catalysis B: Environmental, 2023, 330, 122643.）；在此基础上在In-Bi₂MoO₆中引入MoS₂助剂可实现选择性固氮，NH₃的选择性接近100%（待发表），这一工作为氨和硝酸的清洁生产提供了重要借鉴。此外，研发团队发明了一种催化剂自动循环型光催化固氮反应器（ZL 202110538460.X），可有效强化光催化固氮反应中“气-液-固”三相界面的传质和反应效率，为开发低能耗、零排放的合成氨工艺提供了新思路。上述系列研究工作受到国家自然科学基金（22168040, 22162025）和科技厅基金项目（2022JM-062）的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2023.122643