التحويل الانتقائي للنيترات إلى الأمونيا على العيوب السطحية للمحفزات الضوئية من ثاني أكسيد التيتانيوم

تعد الأمونيا (NH3) مادة كيميائية أساسية في المجتمع الحديث، وتُصنع حالياً عبر عملية Haber–Bosch باستخدام H2 و N2 تحت ضغط مرتفع للغاية (>200 bar) وظروف درجات حرارة عالية (>673 K). ويعد أنيون النيترات السام (NO3–) الموجود في مياه الصرف الصحي أحد المصادر المحتملة للنيتروجين. وقد يصبح التحويل الانتقائي من NO3– إلى NH3 عبر الاختزال بثمانية إلكترونات، في حال تحفيزه عند الضغط الجوي ودرجة حرارة الغرفة، عملية إعادة تدوير قوية لإنتاج NH3. وقد اقتُرحت العديد من الأنظمة التحفيزية الضوئية، لكن الكثير منها ينتج غاز النيتروجين (N2) عبر الاختزال بخمسة إلكترونات لـ NO3–. نورد هنا أن TiO2 غير المعدل، عند استثارته ضوئياً بالأشعة فوق البنفسجية (UV) ‏(λ > 300 nm) مع حمض الفورميك (HCOOH) كمانح للإلكترونات، يعزز الاختزال الانتقائي من NO3– إلى NH3 بنسبة انتقائية تبلغ 97%. وتسلك العيوب السطحية ومواقع حمض Lewis في TiO2 مسلك مواقع اختزال لـ NO3–. يعزز العيب السطحي بشكل انتقائي الاختزال بثمانية إلكترونات (تكوين NH3)، بينما يعزز موقع حمض Lewis الاختزال غير الانتقائي (تكوين N2 و NH3). وبناءً على ذلك، فإن TiO2 الذي يحتوي على عدد كبير من العيوب السطحية وعدد قليل من مواقع حمض Lewis ينتج NH3 بانتقائية عالية جداً.