光催化固氮的原理

發(fā)布時間：2025-09-18 | 來源：互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)載和整理

半導(dǎo)體材料的光催化固氮是最前沿的研究熱點之一。氨氣是地球氮循環(huán)過程中氮氣向蛋白質(zhì)和肥料轉(zhuǎn)變的重要中間體。哈伯-博施固氮方法的反應(yīng)條件嚴(yán)苛，需高溫高壓，能源消耗巨大，且污染環(huán)境。所以利用太陽能光催化技術(shù)來固氮生成氨氣被國內(nèi)外一些科學(xué)家認(rèn)為是化學(xué)界的“圣杯”反應(yīng)之一。

光催化過程能在溫和條件下將N2還原為NH3，為更安全、清潔、可持續(xù)的NH3生產(chǎn)提供了一條無碳化道路。

早在1977年Schrauzer和Guth已證實在TiO2上N2可以發(fā)生光還原。

隨后也有科學(xué)家進(jìn)行了一系列相關(guān)的研究，但對TiO2表面光固氮現(xiàn)象的認(rèn)識一直得不到統(tǒng)一。

2017年日本研究小組報道了富含氧空位的二氧化鈦在紫外光照射下可以在溫和條件下光催化N2還原生成氨，為TiO2光催化固氮提供了實驗證據(jù)，但具體的微觀機理尚不清楚。