太阳能固氮制备NH₃是一种具有前景的技术路线，对于光催化固氮反应，低价态的过渡金属活性位点具有吸附N₂的功能，但是难以进一步切断N₂分子。因此必须精确调控催化活性位点的电子能级结构，将活性位点的能级与N₂的分子轨道之间匹配，从而降低切断N₂所需活化能。

有鉴于此，西安交通大学杨贵东等通过原位晶相和缺陷工程策略，在钙钛矿LaTiO_3-x中构筑低价态Ti²⁺位点，Ti²⁺位点能够将d能带电子注入N₂分子的π*反键轨道，从而更好的活化和切断N₂分子，实现了优异的光催化固氮催化活性。

主要内容

（1）

与没有催化活性的La₂Ti₂O₇或La₂Ti₂O_7-x相比，LaTiO_3-x中具有非常优异的光催化活化N₂性能。在1小时内生成NH₃的速率达到107 μmol g_cat^-1 h^-1，4小时内生成NH₃的速率为51.5 μmol g_cat^-1 h^-1。

（2）

通过原位表征和DFT理论计算，提出不同价态的Ti原子位点（Ti⁴⁺, Ti³⁺, Ti²⁺）在N₂活化反应中起到的作用，为固氮催化剂的设计提供了非常独特的理念。低价态Ti²⁺具有更多d电子，能够更好的进行N₂分子极化，提高N₂吸附分子的电子浓度。

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Mengyang Xia, Ben Chong, Xiangjiao Gong, Hang Xiao, He Li, Honghui Ou, Bin Zhang, and Guidong Yang*, Ti²⁺ Site-Promoted N≡N Bond Activation in LaTiO_3–x Nanosheets for Nitrogen Photofixation, ACS Catal. 2023, 13, 12350–12362

DOI: 10.1021/acscatal.3c02198

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.3c02198