1911年，人类首次利用Haber-Bosch法实现了大规模的人工固氮，这项里程碑式的重大成就结束了人类完全依靠天然氮肥进行农业生产的历史，也给人类化工生产史上留下了浓墨重彩的一笔。然而，反应的高温、高压带来的能耗和安全性方面的问题一直无法解决。多年来，科学家们一直致力于新型“人工固氮”方法的研究，固氮生成氨的过程被科学家认为是化学界的“圣杯”反应。

近年来，将大气中的氮气转化成氨的光催化还原反应受到越来越多的关注，特别是在可见光下进行的可持续固氮过程。然而，在太阳能驱动的固氮反应中，仅依靠半导体的光激发电子来完成高度稳定的N≡N三键（键能：940.95 kJ mol^-1）的裂解依然十分困难。为了克服这一瓶颈，应该引入电子给体中心以捕获N₂并削弱N≡N三键。引入氧空位和掺杂过渡金属到半导体材料可以提供更多的化学吸附位点，激活惰性N₂分子，是改变其能带结构和调节电子结构的有效方法，进而促进了光催化固氮。

在该工作中，我们证明了引入氧空位和掺杂Fe到BiOCl纳米片中可以大大增强BiOCl纳米片的光催化固氮性能。掺杂不同量Fe的BiOCl纳米片表现出火山型活性。其中，掺杂5% Fe的BiOCl纳米片具有丰富的光控氧空位、最优的电子结构以及对N₂的强吸附能力，表现出最优异的光催化固氮性能，即1.022 mmol h^-1 g^-1的NH₃生成速率以及较好的稳定性。我们的工作为合理设计在温和条件下光催化固氮的高效催化剂提供了新策略。

相关工作（Fe-Doped BiOCl Nanosheets with Light-Switchable Oxygen Vacancies for Photocatalytic Nitrogen Fixation）近期发表在ACS Appl. Energy Mater. 2019, DOI: 10.1021/acsaem.9b01961.