氨是重要的無(wú)機(jī)化工產(chǎn)品之一，合成氨工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。液氨可直接用作化肥，農(nóng)業(yè)上使用的氮肥如尿素、硝酸銨、磷酸銨、氯化銨以及各種含氮復(fù)合肥，都以氨為原料。合成氨是大宗化工產(chǎn)品之一，世界每年合成氨產(chǎn)量已達(dá)1億噸以上，其中約80%用于化學(xué)肥料，20%用作其它化工產(chǎn)品的原料。同時(shí)，所有生物體都需要氮元素來(lái)建立蛋白質(zhì)、核酸和許多其他生物分子。

雖然氮?dú)饧s占地球氣體的78%，但它不能被大多數(shù)生物直接吸收，主要因?yàn)镹-N共價(jià)三鍵高的電離能導(dǎo)致其十分穩(wěn)定。通過(guò)經(jīng)典的Haber-Bosch工藝將N2固定在NH3上必須在鐵基催化劑存在的條件下，在苛刻的反應(yīng)條件下進(jìn)行(15-25 MPa，300-550℃)。提供反應(yīng)條件需消耗世界能源供應(yīng)的1-2%，每年約產(chǎn)生2.3噸二氧化碳。目前，用于NH3合成的原料氫氣主要來(lái)自甲烷的重整，每年約消耗世界天然氣產(chǎn)量的3-5%，并釋放出大量的氧化碳。

鑒于化石燃料短缺和全球氣候變化，通過(guò)減少能源需求過(guò)程的固氮是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)性和長(zhǎng)期性的目標(biāo)。利用太陽(yáng)能光催化技術(shù)將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，已被認(rèn)為是解決未來(lái)可再生能源的最佳途徑之一。

二維納米材料因其獨(dú)特的層板結(jié)構(gòu)，大比例暴露活性位等優(yōu)勢(shì)，在光電催化方面展現(xiàn)了優(yōu)越的性能，引起科研人員的廣泛關(guān)注。層狀雙氫氧化物(水滑石，LDH)因其層板由多種組分構(gòu)成、層板厚度可調(diào)等優(yōu)勢(shì)，在催化方面展現(xiàn)了極強(qiáng)的可調(diào)控性。中科院理化所張鐵銳研究員團(tuán)隊(duì)通過(guò)簡(jiǎn)單的共沉淀方法成功制備了一系列MIIMIII-LDH(MII=Mg，Zn，Ni，Cu;MIII=Al，Cr)納米片光催化劑。X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)，低溫電子順磁共振和正電子湮滅壽命測(cè)量表明，超薄LDH納米片由于富氧缺陷，結(jié)構(gòu)形變和壓縮應(yīng)變，增強(qiáng)了對(duì)N2分子的吸附和光生電子從LDH光催化劑轉(zhuǎn)移到N2，從而促進(jìn)了NH3的有效合成(特別是CuCr-LDH納米片，其在500nm處量子產(chǎn)率仍能達(dá)到?0.10%)。這項(xiàng)研究工作顯示，在常溫常壓和可見(jiàn)光或直接太陽(yáng)輻射下，基于LDH將N2還原成NH3是一種極其有潛力和希望的新途徑。