Haber-Bosch（HB）工藝是目前工業(yè)合成氨的唯一途徑。但是由于該工藝反應條件苛刻，目前合成氨行業(yè)每年消耗世界電能的1~3％，同時排放大量溫室氣體。因此，探索新型低能耗、環(huán)保的合成氨技術具有重要意義，例如通過光催化技術直接合成氨氣。金屬-有機框架（MOFs）材料因其高結(jié)晶性、靈活可調(diào)的多孔結(jié)構以及易修飾等特性，成為一類極具應用前景的光催化固氮材料。
近日，中國科學院高能物理研究所石偉群團隊受WILEY出版社European Journal of Inorganic Chemistry編輯的邀請撰寫綜述文章“Recent Advances in MOF-based Materials for Photocatalytic Nitrogen Fixation”。實驗室前期設計合成了兩例光催化固氮活性優(yōu)異的自由基MOFs材料，氨生成速率分別為128和220 μmol h-1 g-1，并首次系統(tǒng)闡述了N2還原過程中形成的中間體與金屬離子周圍的氧原子形成的氫鍵網(wǎng)絡對于光催化固氮效率的影響，相關研究結(jié)果發(fā)表于德國應用化學（Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59: 20666-20671），并被遴選為當期熱點文章（Hot paper)。基于以上創(chuàng)新性工作，Eur. J. Inorg. Chem編輯邀請石偉群團隊撰寫相關綜述，該綜述全面概述了近年來MOFs基材料應用于光催化固氮領域的研究進展。從反應機理出發(fā)，根據(jù)N2吸附和氫化方式的不同，介紹了固氮反應中可能存在的不同反應路徑。針對目前光催化固氮產(chǎn)物的定性定量檢測，對比了常用的分光光度法、離子色譜法和核磁共振法用于產(chǎn)物檢測的優(yōu)勢和缺點。同時系統(tǒng)性地梳理了近年來MOFs及其衍生材料應用于光催化固氮的研究工作，如催化劑的設計思路、合成方法、光催化固氮的效率以及固氮機理等。雖然MOFs材料在光催化固氮領域已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的潛力，但是仍存在不少亟待解決的科學問題，作者提出了進一步改進、提高光催化固氮性能的可能策略，以期為設計和開發(fā)基于MOFs材料的新型固氮光催化劑提供參考。
論文信息： Recent Advances in MOF-based Materials for Photocatalytic Nitrogen Fixation Kongqiu Hu, Zhiwei Huang, Liwen Zeng, Zhihui Zhang, Lei Mei,* Zhifang Chai, Weiqun Shi* European Journal of Inorganic Chemistry DOI: 10.1002/ejic.202100748
