α-Fe2O3/W18O49纳米复合光催化剂的制备及其光催化固氮性能研究*

张 龙,葛建华,徐 静,刘玉洁,丁修龙

(安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

0 引 言

氮被称为动植物生长过程中不可或缺的生命元素。尽管大气中N2的数量相当可观，然而N2具有极强的生物和化学惰性，不能被大多数生物体直接利用[1]。随着农业的快速发展和人口数量的急剧增长，仅依靠自然固氮远不能满足人们的日益增长的需求。直到1917年，Haber-Bosch工业固氮法的发明，使得这一矛盾才第一次得到缓和。然而，由于其严苛的反应条件，也带来巨大的能耗与环境污染问题。据Van Deynze等人最新公布的研究成果表明，工业合成氨年消耗能源占全球总能源消耗1%～2%，同时CO2年排放量占全球总排放量的1.6%，这也加剧了温室效应[2, 3]。同时随着现代农业活动的快速增长，每年氮肥的总使用量仍在快速增长。Lamarque等断言，下一个世纪，全球人为氨氮投入量预计将增加一倍以上，这无疑会给能源与环境带来更大负担[4]。因此，开发绿色清洁新型人工固氮技术已成为当务之急。

在过去的几十年里，光催化固氮技术被认为是一种很有潜力、能够替代传统Haber-Bosch工艺的方法[5]。1977年，Schrauzer在紫外光照射下，利用Fe掺杂TiO2催化剂，证实了光催化固氮的可能性[6]。此后，越来越多的新型光催化材料衍生出来，如金属氧化物材料[7-8]、金属硫化物材料[9-10]、卤化氧铋系材料[11-12]、碳基材料[13-14]以及仿生材料等光催化剂[15-16]。

α-Fe2O3是一种化学性稳定(pH值>3)、成本低廉、具有磁性的n型半导体材料，由于其禁带宽度较窄(Eg=2.2 eV)，对可见光光有较好的吸收特性，能够吸收约为40%太阳能谱能量，因而被视为一种优秀的复合材料[26]。王……