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0D/2D AgInS2/MXene Z-scheme heterojunction nanosheets for improved ammonia photosynthesis of N2

DOI:10.1016/j.nanoen.2019.04.028 期刊:Nano Energy 出版年份:2019 更新时间:2025-11-14 15:28:36
摘要: In order to explore efficient photocatalysts for N2 reduction reaction (NRR), 0D AgInS2 nanoparticles and 2D MXene (Ti3C2) nanosheets with different mass ratios are employed for building Z-scheme heterostructures. The resultant hybrids exhibit excellent interfacial charge transfer ability according to their optical and photo-electro properties. As a result, the obtained composite (30 wt% AgInS2) shows significant improvement on the photocatalytic performance for N2 fixation with a high ammonia yield rate of 38.8 μmol/(g·h) under visible-light illumination (> 400 nm). Meanwhile, the DFT calculations show that the activation of N2 in a dinuclear end-on bound structure could lead to high adsorption energy (Ead = -5.20 eV). Moreover, the mechanism of enhanced photocatalytic activity was proposed in terms of the quantum calculation between Ti3C2 and N2. This work provides new systems for enhanced NRR performance.
作者: Jiangzhou Qin,Xia Hu,Xinyong Li,Zhifan Yin,Baojun Liu,Kwok-ho Lam
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To explore efficient photocatalysts for N2 reduction reaction (NRR) by building Z-scheme heterostructures of 0D AgInS2 nanoparticles and 2D MXene (Ti3C2) nanosheets.

The 0D/2D AgInS2/Ti3C2 Z-scheme nanosheets, particularly with 30 wt% AgInS2, achieved high photocatalytic N2 fixation rates (38.8 μmol/(g·h)) under visible light, attributed to efficient charge separation, Schottky junction formation, and enhanced N2 adsorption. DFT calculations confirmed N2 activation with high adsorption energy and bond elongation. This work demonstrates MXene's potential as a cost-effective co-catalyst for N2 reduction, with implications for sustainable ammonia production.

The study notes that the efficiency of N2 reduction is low due to high energy requirements for N≡N bond cleavage and poor interfacial charge transfer. The photocatalytic performance decreased after multiple cycles, indicating stability issues. The band gap of Ti3C2 is too low for sufficient N2 reduction energy, and excess AgInS2 led to reduced performance due to photosensitization effects.

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