氨的合成对工业发展及农业施肥意义重大。目前，人工固氮仍然依赖于传统的Haber-Bosch法，在高温（500-600℃）高压（20-50 MPa）下将氮气与氢气反应为氨，该过程不仅耗能巨大，而且会排放大量温室气体。因此，急需寻求一种环境友好的人工合成氨方式。而光催化固氮是利用半导体作为催化剂，水和氮气作为反应物，太阳能作为驱动能的绿色友好固氮方式。在光催化固氮中主要面临的问题包括：(a) 由于氮氮三键的化学稳定性，在常温下催化剂对氮气的吸附与活化难以发生；(b) 目前所使用的大部分半导体催化剂的能带较宽，难以有效的吸收可见光；(c) 由于半导体催化剂中电子与空穴的快速复合，导致光生电荷的分离效率较低。针对这些问题，本课题组展开深入研究，致力于制备高效、稳定、环保的固氮光催化剂并探究固氮机理。譬如，我们通过制备空心纳米管结构的氧化钛，利用其表面丰富的缺陷作为氮气的吸附位点，空腔结构对光的多重散射增强光的吸收，取得了优异的固氮效果；我们利用等离子共振效应产生的热电子效应，结合氮空位对氮气的吸附活化作用，将两者耦合形成具有更高可见光活性的固氮催化剂。