近日，我校澳门京葡娱乐网王蕾教授團隊在光電化學硝酸鹽還原合成氨方面取得重要研究進展，相關成果在國際化學頂級期刊Angew. Chem. Int. Ed上發表，題目為“Enhanced Charge Carrier Dynamics on Sb₂Se₃ Photocathodes for Efficient Photolectrochemical Nitrate Reduction to Ammonia.” (論文鍊接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202317414 )。論文第一作者為我校2023級博士研究生任世傑，通訊作者為我校王蕾教授和高瑞廷研究員，澳门京葡娱乐网為該論文第一單位。

光電化學（PEC）能夠通過吸收太陽能産生光生電壓來降低合成氨所需的還原電勢是當前最有前途的合成氨策略之一。然而，用于PEC NO₃^- 還原反應（PEC NO₃RR）的光電極面臨着光吸收能力低、載流子傳輸受限、催化反應選擇性低和氨産量低等問題。硒化銻（Sb₂Se₃）作為一種潛在的材料，具有窄帶隙（約 1.2 eV）、低成本、光吸收強和電荷轉移快等優勢。将 Sb₂Se₃ 光陰極用于 PEC NO₃RR反應，如何提高其氨選擇性的同時獲得高效的光生電荷轉移和表面反應動力學是目前研究的重點。為此，王蕾教授團隊通過在Sb₂Se₃納米棒光陰極表面構建TiO₂層，從熱力學角度驅動氨還原反應。進一步負載CoCu 納米顆粒，為 NO₃RR 提供了催化活性位點，同時提高了光陰極載流子傳輸能力。CoCu/TiO₂/Sb₂Se₃光陰極在很寬的電位範圍内具有較高的氨法拉第效率，在-0.2 V_RHE電位下實現了88.01%的氨法拉第效率，在-0.3 V_RHE下合成氨産率高達 15.91 μmol h^-1 cm^-2，且光陰極的起始電位為 0.43 V_RHE。動力學表征和理論計算證明，CoCu/TiO₂/Sb₂Se₃ 光陰極具有良好的光吸收能力、優異的載流子傳輸能力和電荷分離效率。光陰極能有效吸附反應物 NO₃^- 和中間體，CoCu 助催化劑增加了 NO₃RR 和 HER 之間的最大吉布斯自由能差。同時，Co 增強了 Cu 的自旋密度，提高了 pdos 中費米級附近的态密度，從而實現了CoCu/TiO₂/Sb₂Se₃ 最好的光電催化NO₃RR 性能。該研究對Sb₂Se₃基光電陰極半導體高效PEC硝酸鹽還原合成氨的電荷傳輸動力學和表面反應機理進行了探索，并為從富含硝酸鹽的廢水中PEC合成氨提供了一條新途徑。

該工作得到了科技部重點研發計劃課題，國家自然科學基金和澳门京葡娱乐网“駿馬計劃”項目的支持。