標(biāo)題：Atomically Dispersed Iron Metal Site in aPorphyrin-Based Metal?Organic Frameworkfor Photocatalytic Nitrogen Fixation
第一作者：Shanshan Shang
通訊作者：Qinfen Gu, Michael K. H. Leung,and Jin Shang
通訊單位：香港城市大學(xué)，澳大利亞同步加速器（ANSTO）
研究?jī)?nèi)容
氨（NH3）是一種重要的化學(xué)物質(zhì)，因此非常需要實(shí)現(xiàn)高效的批量生產(chǎn)。目前最先進(jìn)的大規(guī)模NH3生產(chǎn)是利用氮?dú)?N2)和氫氣(H2)進(jìn)行Haber-Bosch反應(yīng)，它提供了大約90%的NH3。然而，這一過程是在惡劣的條件下進(jìn)行的，即由于能源輸入來自化石燃料的燃燒，使其相當(dāng)能源密集和環(huán)境不友好。大約2%的人為能源被消耗，每年釋放400噸二氧化碳來維持NH3的生產(chǎn)。在這方面，在溫和的條件下通過N2固定有效地產(chǎn)生NH3的替代和可持續(xù)的方法是非?？扇〉?，以緩解日益緊迫的能源危機(jī)和環(huán)境問題。
金屬有機(jī)框架(MOFs)是開發(fā)具有高密度原子分散活性金屬位的多孔光催化劑的理想平臺(tái)。MOFs是由金屬簇節(jié)點(diǎn)和有機(jī)連接體構(gòu)成的，由于其在多孔性和化學(xué)功能方面的豐富設(shè)計(jì)靈活性，近年來在氣體分離、儲(chǔ)存、傳感和催化等方面受到了廣泛關(guān)注。將人工光合作用的基本步驟整合到單一材料的能力釋放了MOFs在光催化水分解、二氧化碳減排和污染物降解等方面的潛力。
在這里，作者開發(fā)了基于卟啉的MOF（PMOF）作為NRR光催化劑，結(jié)合了葉綠素和固氮酶兩種天然分子的優(yōu)點(diǎn)，其特征在于卟啉配體作為光敏劑，可有效收集光，并且具有明確的高光催化活性。
要點(diǎn)一：
受一種生物分子葉綠素的啟發(fā)，以卟啉結(jié)構(gòu)作為光敏劑和以鐵原子作為N2還原反應(yīng)(NRR)的有利結(jié)合位點(diǎn)的酶固氮酶。PMOF的特點(diǎn)是鋁(Al)作為金屬節(jié)點(diǎn)，具有較高的穩(wěn)定性，F(xiàn)e在每個(gè)卟啉環(huán)上的加入和原子分散，促進(jìn)了對(duì)N2的吸附和活化，分別為82%和50%，與MOF基NRR催化劑的性能相當(dāng)。
要點(diǎn)二：
三次光催化NRR實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了Al-PMOF(Fe)具有穩(wěn)定的光催化活性。實(shí)驗(yàn)和理論結(jié)果表明，Al-PMOF(Fe)中的Fe-N位點(diǎn)是光催化活性中心，可以緩解光催化NRR中速率決定步驟的困難。
要點(diǎn)三：
建立了NRR在Al-PMOF(Fe)上可能的反應(yīng)途徑。并且作者對(duì)基于卟啉的MOF光催化NRR的研究將為人工光合催化劑的合理設(shè)計(jì)提供見解。
參考文獻(xiàn)：
Shanshan Shang, et al, Atomically Dispersed Iron Metal Site in a Porphyrin-Based Metal-Organic Framework for Photocatalytic Nitrogen Fixation, ACS Nano, 2021.
DOI：10.1021/acsnano.0c10947
