利用氧空位构建的光催化氮气固定新思路

尽管人工途径实现的对大气中氮分子的固定主要是通过工业Haber-Bosch反应实现的，但其高温高压的反应条件一直在驱使人们向生物固氮酶学习，以实现温和条件下的氮分子固定。

考虑到氮分子顽固的N-N三键以及弱的Lewis酸碱性是其化学性质稳定的根本原因，张礼知教授研究小组从生物固氮的基本过程中受到启发，提出了利用氧空位模拟固氮酶中FeMo辅因子对氮分子进行活化以削弱其共价键的猜想。张礼知教授研究小组在其课题组前期研究工作的基础上，利用含有氧空位的BiOBr作为催化剂，从理论和实验上证明了氧空位的局域电子可以大大增强催化剂表面对氮分子的吸附和活化。同时，以可见光作为能量供给，水作为绿色质子源，该催化剂可以实现高效的可见光催化固氮。虽然该反应在效率上仍难以取代工业合成氨反应，但这些发现将加深人们对催化剂表面结构活化氮分子过程的理解，并开辟光化学合成氨的新思路。

相关研究成果发表于《Journal of the American Chemical Society》。该文章发表后受到了JACS编辑的极大关注，入选JACS Editor's Choice作为特色文章免费开架阅览（Open Access），随后C&ENs（Chemical & Engineering News, 93(18), May 04, 2015）做题为“Nanosheets Catalyze Nitrogen Fixation”的亮点报道，并被JACS 做题为“Nanosheets for Greener Nitrogen Fixation”的Spotlights报道。

以上研究得到了国家杰出青年基金项目和973项目等资助。

1. http://dx.doi.org/10.1021/jacs.5b03105

2. http://dx.doi.org/10.1021/jacs.5b04935