在Haber-Bosch工业过程是在剧烈条件下N2和H2来产生NH3的方法来实现的，此过程中伴有大量的能源消耗和CO2气体的排放。而仿生光催化氮还原技术是一种很有前途的技术，此技术是将Fe离子引入到含有的Mo的半导体催化技术中建立一个有趣的N2还原仿生效应来部分替代传统的Haber-Bosch工业过程，因此通过还原大气中的氮来固定氮在生态系统和社会经济发展系统中都有着非常重要的作用。
在Haber-Bosch工业过程是在剧烈条件下N2和H2来产生NH3的方法来实现的，此过程中伴有大量的能源消耗和CO2气体的排放。而
仿生光催化氮还原技术是一种很有前途的技术，此技术是将Fe离子引入到含有的Mo的半导体催化技术中建立一个有趣的N2还原仿生
效应来部分替代传统的Haber-Bosch工业过程，因此通过还原大气中的氮来固定氮在生态系统和社会经济发展系统中都有着非常重要
的作用。
MoTe2作为TMDs（过渡金属硫化物）家族中活拨的一员有着交替堆叠的二维层状结构，在常温下有着小的直接带隙（0.9-1.1eV）和
很好的理论电子迁移率（>200cm2V-1s-1），带隙特征表明其有利于可见光和近红外光的吸收。因此此文章报道了基于Fe掺杂的2D
MoTe2纳米片的新型光催化氮还原仿生系统。使用拉曼-荧光光谱测试系统（XperRam 200，Nanobase），通过拉曼Mapping
（532nm的激发光）和荧光寿命成像（485nm的激发光）来分别记录拉曼光谱和时间分辨荧光衰减光谱。如下图1为纯物质在532nm
激发光下的MoTe2,1% Fe-MoTe2，2% Fe-MoTe2和5% Fe-MoTe2拉曼光谱图，从图中可以看出对于理想的2H-MoTe2结构有三个
拉曼活性模型，根据第一性原理计算和图1中的插入图可知，两个明显的峰（A1g和E12g）可被指认为两个振动模式。相比较2%和5%
的Fe-MoTe2，在170cm-1（A1g）和230cm-1（E12g）振动处可观察到明显的蓝移现象，这表明低浓度的Fe离子掺杂会导致MoTe2
晶格对称性的选择性的轻微破坏。
图1 在532nm激发光下的纯的MoTe2, 1% Fe-MoTe2，2% Fe-MoTe2和5% Fe-MoTe2拉曼光谱图
图2（a）显示了具有代表性样品的2% Fe-MoTe2的HRTEM（高分辨透射电镜）显示了连续的平面间距为0.305nm，其对应于2H-
MoTe2的（100）晶格平面。并且四个不同地区相对应的相对应的快速傅里叶转换（FFT）研究了微量Fe离子掺杂的掺杂后对MoTe2
晶格的影响。傅里叶图中①和④的区域现实了单晶MoTe2的六方结构，但是在傅里叶转化图②和③的区域内涌现出了杂质相，表明引
入的Fe离子的尺寸，此结果从微观结构上直观的说明了Fe离子的掺杂将会导致MoTe2部分晶格的变化。图2（b）显示了高角度环形暗
场（HADDF）扫描透射电镜（STEM）和2% Fe-MoTe2纳米片其相对应的元素mapping图，可以发现这些纳米片的主要组成为Mo和
Te，并且Fe元素在MoTe2纳米片上均匀分布。
图2 （a）2% Fe-MoTe2的HRYEM图和四个不同区域的电子衍射模型图谱；
（b）2% Fe-MoTe2的HADDF-STEM mapping图
为了表明Fe离子掺杂对催化作用的影响，此实验在可见光照射下分别对纯的MoTe2，1% Fe-MoTe2，2% Fe-MoTe2和5% Fe-
MoTe2 的光催化氮还原做了如图3所示的测试，结果显示在可见光照射纯的MoTe2 120min后可观察到NH3的产量很低，而在有Fe离
子掺杂的条件下NH3的产量有了很大的提高，在2% Fe-MoTe2中NH3的产量为纯的MoTe2 NH3产量的11倍，并且呈现单调增长的趋
势。然而在5% Fe-MoTe2中Fe离子的掺杂对光催化有抑制作用，这表明过多的Fe离子掺杂可能是光诱导载流子的复合中心。同时，通
过四次循环实验测试了2% Fe-MoTe2对氮还原光催化稳定性的影响。如图3（b）所示，很明显，2% Fe-MoTe2在经过多次循环中对
于氮还原表现出很好的稳定性，同时其化合价在经过四次循环之后几乎没有明显的变化，这表明样品有很好的结构和催化稳定性。
图3 （a）可见光照射下纯的MoTe2, 1% Fe-MoTe2，2% Fe-MoTe2和5% Fe-MoTe2光催化氮还原；
（b）可见光下2% Fe-MoTe2氮还原稳定性测试
因此，组成的仿生“MoFe-cofactor”可以通过Fe3+/Fe2+和Mo6+/Mo4+的单电子和双电子的氧化还原反应有效的促进电荷载体的
传送与分离。光催化测试表明Fe掺杂MoTe2的光催化氮还原活性有明显的增长，并且是纯MoTe2的11倍之多。此方法为高效氮还原提
供了一种新型仿生二维光催化剂。
展示全部 
