近日，我院李宏达老师开展了FeV仿生构筑高效氮还原光催化材料的研究，研究成果以"“FeV–cofactor”–inspired bionic Fe–doped BiVO₄ photocatalyst decorated with few layer 2D black phosphorus for efficient nitrogen reduction"为题发表在国际著名期刊《Inorganic Chemistry Frontiers》（IF=7.0，中科院1区）。

  本研究首次提出了一种新型的“FeV–cofactor”仿生光催化氮还原系统，该系统基于Fe掺杂BiVO₄光催化剂，并修饰了少量的二维黑磷(BP)。仿生光催化固氮技术受生物固氮酶机理的启发，在激活氮分子、促进氮还原反应方面发挥着重要作用。然而，开发有效的半导体光催化剂在仿生固氮领域仍然是一个相当大的挑战。该研究提出，Fe掺杂和BP修饰都能显著提高了BiVO₄的NH₃产率。FeBiVO₄-0.05BP的NH₃产率为337.9 μmol g⁻¹ h⁻¹，是BiVO₄的6.83倍，这也是氧化物基光催化剂中性能最好的固氮材料之一。DFT计算表明，Fe掺杂可以吸附和激活N₂分子，从而形成内置的仿生“FeV–cofactor”。实验结果进一步证实，仿生“FeV–cofactor”体系的引入增强了氧化还原对（V⁵⁺/V⁴⁺ & Fe³⁺/Fe²⁺）与N₂之间的电子传递，从而提高了载流子分离效率。与V⁴⁺离子耦合的氧空位也有助于增加光吸收。二维BP修饰在整个氮还原过程中起着至关重要的作用，因为它具有特殊的电子转移能力，同时增加了反应的活性位点。

FeBiVO₄–0.05BP光催化仿生固氮机理示意图

该项研究工作获得广西自然科学基金（青年科学基金项目），广西自然科学基金（面上项目），国家重点研发计划项目等资助。

论文作者：李宏达，简帅（硕士生），陶勃然，徐国效，刘宝生，顾少楠（通讯作者），王国富（通讯作者），常海欣（通讯作者）。

论文链接：https://doi.org/10.1039/D3QI00895A