狄俊教授、姜炜教授等：关于极化位点对调控优化光催化固氮性能的研究

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近日，我校化学与化工学院狄俊教授、姜炜教授联合新加坡南洋理工大学刘政教授在国际知名期刊Advanced Materials上发表题为“Polarized Cu-Bi Site Pairs for Non-Covalent to Covalent Interaction Tuning toward N2 Photoreduction”的研究论文。南京理工大学为第一完成单位和通讯单位。狄俊为论文的第一作者，南洋理工大学陈超博士，吴尧博士为论文的共同第一作者。南京理工大学狄俊教授、姜炜教授和南洋理工大学刘政教授分别为本文通讯作者。

图1. Cu-Bi24O31Br10材料的表面原子结构表征。

       全球因温室气体排放导致气候变暖、灾难发生，已经成为共识。根据中共中央、国务院“关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见”，中国将对碳达峰碳中和这项重大工作进行系统谋划、总体部署。氨是生产化肥的重要资源，也是主要的工业化学品原料。目前，氨主要通过哈珀法在高温高压下进行生产。据统计，平均每生产一吨氨，排放约1.9吨二氧化碳气体。整个合成氨工业所排放的二氧化碳占全球二氧化碳排放总量的1.8%。大量排放的温室气体严重制约了双碳目标的顺利实现。最近研究报道，通过半导体光催化技术，可以在温和条件下将惰性的氮气分子还原为氨，从而实现了固氮过程的二氧化碳“零排放”。
        光催化固氮反应过程中，较低的电荷分离效率和N2分子难以在催化剂表面吸附活化是制约其光催化效率的两个关键因素。本文通过在二维Bi24O31Br10原子层中引入孤立Cu位点，形成双金属极化位点对，促进局域电荷分离及N-N键连续活化，从而提升光催化固氮性能。
        本文开发了一种通用的原子层限域掺杂策略来制备各种孤立金属原子(Cu, Fe, Co, Ni等)掺杂的 Bi24O31Br10材料。研究发现，沿着 Cu-O-Bi 原子界面可以产生局部极化，保证了更好的电子离域，从而可以有效活化 N2分子。优化后的 Cu-Bi24O31Br10原子层的光催化固氮活性分别是 Bi24O31Br10原子层和块体 Bi24O31Br10的5.3倍和88.2倍，纯水中的 NH3生成速率达到291.1 μmol g-1 h-1。极化的 Cu-Bi 位点对可以增强催化剂表面与N2分子之间的非共价相互作用，进而削弱 N-N键中的共价键级。因此，N2分子逐步加氢途径可以从Bi24O31Br10表面的远端连续加氢模式改变为Cu-Bi24O31Br10表面的交替加氢模式。
       文章链接为: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202204959
       文章来源：南京理工大学
       姜炜，男，1974年2月生，2005年毕业于南京理工大学材料科学与工程专业，工学博士，同年留校参加工作。2007年破格晋升为副研究员，2010年经过遴选破格为博士生导师。现为南京理工大学国家特种超细粉体工程技术研究中心副主任。
近10年来一直从事微纳米粉体材料的结构设计、制备及工程应用等研究，涉及领域包括生物医药、环境友好材料、吸波隐身材料、军用含能材料等。在2006年和2009年分别获得国家自然科学基金青年和面上基金各一项（50602024，50972060），并于2007年获一项江苏省自然科学基金项目（BK2007214），2010年和2013年两获教育部中央高校基本科研业务费专项资金资助。参与承担了国防基础科研项目、国防科技工业创新产品火炸药专项项目等国防纵向课题及江苏省科技成果专项专项资金项目。目前已发表相关学术论文四十余篇（含指导的研究生发表的论文），其中被SCI收录40余篇。参与出版著作四部近20万字。主讲两门研究生课程《微纳米技术》、《纳米复合材料设计与应用》，承担了本科毕业设计、本科科研训练等多项教学任务。截止2013年，独立培养博士研究生6名，硕士研究生24名（已毕业20名），联合培养博士研究生9名（已毕业7名），硕士研究生10名（已毕业）。
         狄俊，南洋理工大学。2012和2018年于江苏大学获学士、博士学位。2016-2017年于南洋理工大学进行博士联合培养，2018-至今于南洋理工大学进行博士后研究，合作导师刘政教授，目前主要致力于二维材料用于光催化方面的研究。目前已发表一作论文40余篇，包括Nat. Commun., Angew. Chem., Int. Ed., Mater. Today, Adv. Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Energy, ACS Nano等。引用5600余次，h-index为41，高引论文13篇。