標題：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，澳大利亞同步加速器（ANSTO）
研究內容
氨（NH3）是一種重要的化學物質，因此非常需要實現(xiàn)高效的批量生產(chǎn)。目前最先進的大規(guī)模NH3生產(chǎn)是利用氮氣(N2)和氫氣(H2)進行Haber-Bosch反應，它提供了大約90%的NH3。然而，這一過程是在惡劣的條件下進行的，即由于能源輸入來自化石燃料的燃燒，使其相當能源密集和環(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〉模跃徑馊找婢o迫的能源危機和環(huán)境問題。
金屬有機框架(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。MOFs是由金屬簇節(jié)點和有機連接體構成的，由于其在多孔性和化學功能方面的豐富設計靈活性，近年來在氣體分離、儲存、傳感和催化等方面受到了廣泛關注。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，結合了葉綠素和固氮酶兩種天然分子的優(yōu)點，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。
要點一：
受一種生物分子葉綠素的啟發(fā)，以卟啉結構作為光敏劑和以鐵原子作為N2還原反應(NRR)的有利結合位點的酶固氮酶。PMOF的特點是鋁(Al)作為金屬節(jié)點，具有較高的穩(wěn)定性，F(xiàn)e在每個卟啉環(huán)上的加入和原子分散，促進了對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。
要點二：
三次光催化NRR實驗結果證實了Al-PMOF(Fe)具有穩(wěn)定的光催化活性。實驗和理論結果表明，Al-PMOF(Fe)中的Fe-N位點是光催化活性中心，可以緩解光催化NRR中速率決定步驟的困難。
要點三：
建立了NRR在Al-PMOF(Fe)上可能的反應途徑。并且作者對基于卟啉的MOF光催化NRR的研究將為人工光合催化劑的合理設計提供見解。
參考文獻：
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
