近日，中國科學(xué)院高能物理研究所多學(xué)科中心核能化學(xué)課題組在金屬有機框架材料光催化固氮研究領(lǐng)域取得進(jìn)展，研究員石偉群團(tuán)隊報道了兩例基于紫精配體的自由基MOFs材料Gd-IHEP-7和Gd-IHEP-8。 

此MOFs材料均表現(xiàn)出優(yōu)異的光催化固氮活性，氨生成速率分別為128和220 μmol h-1 g-1，其中Gd-IHEP-8固氮效率與文獻(xiàn)同類材料相比提高17倍。同時，研究人員首次系統(tǒng)闡釋了MOFs材料高效固氮的機理。分析表明，Gd-IHEP-7為基于二維層狀結(jié)構(gòu)的多孔框架，在空氣中加熱后，Gd-IHEP-7會發(fā)生二維層狀結(jié)構(gòu)向三維孔道結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，進(jìn)而生成Gd-IHEP-8。兩個MOFs材料中紫精配體均以穩(wěn)定的單自由基形式存在，正是這種穩(wěn)定的長壽命自由基以及相應(yīng)的自由基-自由基相互作用，使得MOFs材料在200-2500nm范圍內(nèi)顯示寬光譜吸收，從而實現(xiàn)可見光催化固氮。與Gd-IHEP-7相比，在N2還原過程中Gd-IHEP-8形成的中間體與金屬離子周圍的氧原子之間會形成更致密的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，可有效降低體系的自由能，使得Gd-IHEP-8表現(xiàn)出更高的光催化固氮效率。  

該研究為MOFs材料的新型固氮光催化劑的設(shè)計和開發(fā)提供了新策略。相關(guān)成果以Solar-Driven Nitrogen Fixation Catalyzed by Stable Radical-Containing MOFs: Improved Efficiency Induced by a Structural Transformation為題，發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》上。 研究得到國家杰出青年基金項目、國家自然科學(xué)基金面上項目的資助支持。  

論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202009630

光催化固氮研究取得進(jìn)展