研究目的
通过构建0D AgInS2纳米颗粒与2D MXene(Ti3C2)纳米片的Z型异质结构,探索高效的氮还原反应(NRR)光催化剂。
研究成果
0D/2D AgInS2/Ti3C2 Z型异质结纳米片(尤其是含30 wt% AgInS2的体系)在可见光下实现了高效光催化固氮(38.8 μmol/(g·h)),这归因于其优异的电荷分离效率、肖特基结形成效应及增强的氮气吸附能力。密度泛函理论计算证实该材料通过高吸附能和键长拉伸实现氮气活化。本研究揭示了MXene作为低成本固氮助催化剂的应用潜力,对可持续氨生产具有重要启示。
研究不足
研究指出,由于氮氮三键断裂需要高能量且界面电荷转移效率差,导致氮气还原效率较低。经过多次循环后光催化性能下降,表明存在稳定性问题。Ti3C2的带隙过低,无法提供足够的氮气还原能量,而过量的AgInS2因光敏化效应导致性能降低。
1:实验设计与方法选择:
本研究通过水热合成法设计0D/2D AgInS2/Ti3C2 Z型异质结以增强电荷分离和N2固定。理论模型包括吸附能的DFT计算及能带排列分析。
2:样品选择与数据来源:
样品按AgInS2与Ti3C2质量比(10-50 wt%)合成,标记为AT-10至AT-50。数据来源包括光催化性能实验测量与计算模拟。
3:实验设备与材料清单:
设备包含X射线衍射仪(XRD, D8 Advance)、XPS(Thermo ESCALAB 250XI)、场发射扫描电镜(FESEM, Hitachi SU8010)、透射电镜(TEM, JEOL 2100)、紫外-可见分光光度计(JASCO UV-550)、PL光谱仪(Hitachi F-4500)、FS5荧光寿命光谱仪(Edinburgh Instruments)、CHI 760E电化学工作站及300 W氙灯(CEL-HXF300)。材料包括Ti3AlC2粉末、AgNO3、In(OAC)3·6H2O、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸、HF、甲醇等。
4:0)、透射电镜(TEM, JEOL 2100)、紫外-可见分光光度计(JASCO UV-550)、PL光谱仪(Hitachi F-4500)、FS5荧光寿命光谱仪(Edinburgh Instruments)、CHI 760E电化学工作站及300 W氙灯(CEL-HXF300)。材料包括Ti3AlC2粉末、AgNOIn(OAC)3·6H2O、硫代乙酰胺、L-半胱氨酸、HF、甲醇等。 实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:通过HF蚀刻Ti3AlC2制备Ti3C2纳米片,随后水热合成AgInS2/Ti3C2复合材料。光催化测试将样品分散于甲醇溶液,在N2氛围下可见光照射,靛酚蓝法测定NH4+浓度。表征包括XRD、XPS、TEM、UV-Vis DRS、PL、EIS及光电流测量。
5:数据分析方法:
采用Tauc图计算带隙,PL寿命指数衰减动力学,EIS奈奎斯特图,DFT模拟使用CASTEP软件结合PBE-GGA泛函和PAW势计算吸附能与电荷密度差。
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X-ray photoelectron spectroscopy
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