目前，氮肥养活了全球一半的人口，但它们的使用受到能源消耗和运输的限制。因此，研究用于太阳能氮肥的光催化剂具有重要意义。在此，研究了一种新型石墨烯嵌入的 Ce 基 UiO-66 (Ce-UiO-66) 光催化剂 (GSCe)。Ce-UiO-66 通过苯-C 键断裂和水中紫外光形成活性位点而被激活。此外，嵌入石墨烯可有效控制活化并改善固氮作用。GSCe在365 nm太阳光强度下表现出9.25%的表观量子效率和稳定性。GSCe 作为一种用于作物种植的太阳能氨肥也表现良好。
 

Figure 1. CE-UIO-66颗粒的形貌特征。a) CeMOF 颗粒、b) 石墨烯片和 d) GSCe 颗粒的 TEM 图像；c) 石墨烯片的 AFM 图像；e-i) GSCe颗粒不同视角的TEM图像（20°,4次）；j-n）推断GSCE粒子的3D结构。
  
Figure 2. CeMOF、CeMOF_act、GSCe 和 GSCe_act的结构表征。a) 5–60°和 b) 8–10°处样品和模拟 Ce-UiO-66 结构的 XRD 图谱；c) 样品和石墨烯的 C K-edge XANES 光谱；d) Ce-UiO-66的晶体结构；e) 样品的孔隙率；f) 样品的图像和 UV/Vis DRS 光谱；g）Ce-UiO-66涂层ITO玻璃活化前后的照片和SEM图片；h) 预活化后 Ce-UiO-66 涂层 ITO 玻璃的角度变化 C K 边缘 XANES 光谱。
 

Figure 3. 光催化固氮的理论计算。a) N2分子的吸附（黑色：C，红色：O，蓝色：N，白色：H）；b) Ce-UiO-66 粒子活化前后的态密度；c) 电荷密度与 N₂吸附的差异；d) 计算了 N₂到 NH₃的两条路径的自由能图。
 

Figure 4. GSCe光催化剂的光催化性能和能带结构。a)具有不同石墨烯片比例的预活化 GSCe 生成NH3 ；b)样品在预活化前 (CeMOF, GSCe) 和预活化后 (CeMOF act , GSCe act ) 生成NH 3；c) 光催化固氮循环实验结果；d) CeMOF act和 GSCe在不同波长照射下的 UV/Vis DRS 和 AQE；e) Ce-UiO-66 活化的三个阶段；f) 样品中的光学带隙；g) 样品的莫特-肖特基图；h) 样品的 VBXPS 光谱；i) 样品的能带结构；j) 样品的 FL 光谱；k) 样品的羟基自由基表征 EPR 光谱。
  
Figure 5. GSCe光催化剂作为太阳能氮肥的评价。a) 水稻种子的发芽和移栽；用 b) 标准氮肥溶液、c) 纯水和 d) 太阳能氮肥溶液灌溉的水稻幼苗图像；e) 水稻幼苗全氮及土壤NH ^{4 +}含量变化；f) 4周后光催化剂的XRD图谱。
 
      相关研究工作由扬州大学Huan Pang课题组于2022年在线发表于《Angewandte Chemie International Edition》期刊上，原文：A Ce-UiO-66 Metal–Organic Framework-Based Graphene-Embedded Photocatalyst with Controllable Activation for Solar Ammonia Fertilizer Production。

转自《石墨烯研究》公众号