氨(NH₃)作为合成燃料、化肥和潜在能源载体的重要前体，是现代化学工业中最重要的化学品之一。工业中主要通过高能耗的Haber-Bosch工艺在高温高压下将氮气和氢气转化为NH₃，而原料氢气由天然气蒸汽获得，因而不仅消耗大量能源，而且导致温室气体二氧化碳的大量排放，对环境造成危害。光催化固氮以光能为驱动力，以水为质子源，为合成NH₃提供了一种温和、绿色可持续的方法。然而，传统固氮催化剂具有与N₂结合弱、成键难以及电子转移效率低的缺点。在催化剂中引入氧空缺和过渡金属作为给电子中心和活性位点，以优化N₂吸附性能和改善催化剂中的光生载流子传输是一种很有前景的策略。

通过在水热合成过程中添加Na₂MoO₄前驱盐在Bi₅O₇Br中掺杂钼元素，我们合成了不同摩尔含量的钼掺杂Bi₅O₇Br纳米片(Mo-Bi₅O₇Br)，并将其应用于光催化N₂还原反应，发现Mo-Bi₅O₇Br的光催化固氮性能显著优于空白Bi₅O₇Br的催化性能。

扫描电镜、透射电镜、能量色散X射线光谱以及X射线光电子能谱等表征结果分析证明了钼掺杂过程不会影响Bi₅O₇Br纳米片的晶相和形貌，且掺杂后钼元素均匀地分布在Bi₅O₇Br纳米片晶格中。进一步的紫外可见漫反射光谱表明钼掺杂对Bi₅O₇Br可见光吸收能力具有增强作用。以空白Bi₅O₇Br和催化NH₃产率最高的Mo-Bi₅O₇Br-1为例，电子顺磁共振波谱研究结果显示，在黑暗条件下，只有Mo-Bi₅O₇Br-1样品可以检测到明显的表面氧空位(OVs)信号。在光照条件下，两种样品都出现OVs的信号峰，但同等光照时间下的Mo-Bi₅O₇Br-1具有更高的信号强度。此外，OVs信号会随着光照时间的延长逐渐增强；当移除光源后，信号强度逐渐降低。这表明Mo-Bi₅O₇Br-1在光照下会产生更高浓度的表面光控OVs。N₂-TPD结果表明，光控OVs作为活性位点促进催化剂对N₂的吸附。光催化反应后，OVs被环境中的水或氧气中的氧原子重新填充，避免了OVs易被氧化而导致反应失活的缺点，有助于保持Mo-Bi₅O₇Br-1催化N₂还原反应的活性和稳定性。光电化学表征结果表明，Mo-Bi₅O₇Br-1中的光生载流子的分离和迁移效率明显提高。以上结果表明，掺杂过渡金属钼有助于Bi₅O₇Br纳米片表面光控OVs的生成，光控OVs作为活性位点提升了Bi₅O₇Br吸附和活化N₂的能力，钼掺杂和光控OVs协同提高Bi₅O₇Br内部光生载流子的分离迁移效率，增强Bi₅O₇Br光催化固氮合成氨的反应性能。

这项工作为设计具有可切换OVs的光催化剂在温和条件下将N₂还原为NH₃提供了一种有前途的方法，为设计纳米BiOBr材料作为高效、稳定、可持续的固氮光催化剂提供新的思路。

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图文解析

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全文小结

1. 通过简单水热法制备了Mo掺杂的Bi₅O₇Br纳米片并应用于光催化N₂还原为NH₃反应。

2. 修饰后的样品具有大量的表面光控氧空位，为N₂还原反应提供吸附和活化位点；此外，修饰后的样品具有增强的光利用率，优化的导带位置，以及改善的电荷载流子分离效率，从而表现出提高的光催化固氮性能。

3. 这项工作说明合理设计吸附、活化位点和促进载流子分离对制备高效固氮光催化剂的重要性，为扩展BiOBr基纳米材料在光催化固氮领域的应用提供了参考。

徐艺军，福州大学教授，英国皇家化学学会会士，国家万人计划科技创新领军人才，国家创新人才推进计划科技部中青年科技创新领军人才，科睿唯安化学学科全球高被引科学家和爱思唯尔中国高被引学者。主要研究方向：复合型光催化剂的设计、合成及其催化应用的基础研究。目前担任Catalysis Communication主编，Journal of Photocatalysis副主编，Journal of Materials Chemistry A, ACS Applied Nano Materials, Molecular Catalysis等多个杂志（顾问）编委。迄今为止，以通讯作者在Nat. Photonics, Nat. Sustain., Nat. Commun.，Chem. Rev.，Chem. Soc. Rev.，Chem，J. Am. Chem. Soc.，Angew. Chem. Int. Ed.，Chem. Sci.，ACS Nano，ACS Catal.和Chin. J. Catal.等学术期刊上发表论文190余篇，论文引用25000余次，H指数77。

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