目前，尽管光催化合成氨极具吸引力，但同时具有相当大的挑战性，而且产率一般。最大的挑战之一是开发具有高活性中心的光催化剂用于环境条件下N₂还原。

近日，英国伦敦大学学院唐军旺教授，北京理工大学韩庆教授报道了一种简单的自下而上的方法，即以Ti₃SiC₂ MAX为特定前驱体，制备高浓度Ti³⁺碳掺杂的锐钛矿型氧化钛（C-TiO_x）纳米片。

文章要点

1）层状Ti₃SiC₂是合成多孔C掺杂TiO_x的结构导向模板、掺杂剂C源和Ti源，随后被用作合成NH₃的光催化剂。

2）在合成的C-TiO_x上，高浓度的Ti³⁺对N₂分子具有明显的化学吸附和活化作用。NH₃的生成活性与Ti³⁺含量有关，通过调节合成条件可以很容易地调节Ti³⁺含量。此外，C掺杂使其吸收边向可见光区红移，TiOx仍保持稳定。多孔C-TiO_x纳米片具有较大的比表面积，可以提供大量的N₂吸附位和多电子转移通道。

3）将Ru/RuO₂纳米颗粒引入到C-TiO_x上，可以协同减少光生电荷复合和催化N₂还原，从而使优化的C-TiO_x表现出优异的N₂还原性能，在可见光照射下，NH₃的生成速率达到109.3 µmol g_-1 h_-1，在400 nm处的表观量子效率为1.1%。

这项研究不仅揭示了Ti³⁺团簇在N₂光还原和NH₃合成中的真实反应位点，而且提出了一种极有效的自下而上的一步法制备C-TiO2的策略，可应用于太阳能燃料和环境净化等领域。

参考文献

Qing Han, et al, Rational Design of High-Concentration Ti³⁺ in Porous Carbon-Doped TiO₂ Nanosheets for Efficient Photocatalytic Ammonia Synthesis, Adv. Mater. 2021

DOI: 10.1002/adma.202008180

https://doi.org/10.1002/adma.202008180