氨是重要的無機化工產(chǎn)品之一，合成氨工業(yè)在國民經(jīng)濟中占有重要地位。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，所有生物體都需要氮元素來建立蛋白質(zhì)、核酸和許多其他生物分子。

雖然氮氣約占地球氣體的78%，但它不能被大多數(shù)生物直接吸收，主要因為N-N共價三鍵高的電離能導(dǎo)致其十分穩(wěn)定。通過經(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，通過減少能源需求過程的固氮是一項具有挑戰(zhàn)性和長期性的目標(biāo)。利用太陽能光催化技術(shù)將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，已被認(rèn)為是解決未來可再生能源的最佳途徑之一。

二維納米材料因其獨特的層板結(jié)構(gòu)，大比例暴露活性位等優(yōu)勢，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，在催化方面展現(xiàn)了極強的可調(diào)控性。中科院理化所張鐵銳研究員團隊通過簡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，增強了對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%)。這項研究工作顯示，在常溫常壓和可見光或直接太陽輻射下，基于LDH將N2還原成NH3是一種極其有潛力和希望的新途徑。