近日，我校澳门京葡娱乐网和能源材料化學研究院武利民教授和谷曉俊教授聯合團隊取得重要研究進展，相關成果在化學領域的國際頂級學術期刊Angew. Chem. Int. Ed.上發表，題為“Regulated Dual Defects of Bridging Organic and Terminal Inorganic Ligands in Iron-based Metal-Organic Framework Nodes for Efficient Photocatalytic Ammonia Synthesis”(論文連接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202404258)。我校澳门京葡娱乐网博士研究生王曉松為第一作者，武利民教授、谷曉俊教授及張江威研究員為通訊作者，澳门京葡娱乐网為論文第一完成單位。

氨（NH₃）是氮肥等化工産品的重用原料，也是一種無碳氫能載體。常溫常壓下光催化合成氨是人工固氮的重要方式，限制該反應高效進行的關鍵是如何設計構築新型催化劑，實現對惰性N₂分子的高效吸附與活化。為解決該問題，本研究利用等離子體輔助方法，可控制備了具有單缺陷和雙缺陷結構的Fe基金屬有機框架（簡稱MOF）催化劑（圖1），并系統研究了它們的缺陷結構、性能和催化反應機理。

圖1. Fe基MOF催化劑的缺陷結構調控與光催化合成氨示意圖

X-射線吸收光譜研究發現，随着催化劑制備過程中等離子體功率增加，催化劑中Fe-O配位數減小，200 W下制備的催化劑中橋聯有機配體缺陷和端基無機配體缺陷共存。性能研究結果顯示，富含雙缺陷的MIL-100(Fe)-200W催化劑具有最高的光催化産氨速率，相較于無缺陷催化劑和隻含端基無機配體缺陷的催化劑分别提升了1.7倍和7.7倍；¹⁵N同位素示蹤實驗和原位紅外光譜結果證實了光催化産生的NH₃來源于N₂分子（圖2）。DFT模拟計算說明了雙缺陷結構能夠優化催化劑中配位不飽和Fe位點的幾何構型和電子特性，有利于在N₂分子的反鍵軌道上注入更多d電子，形成關鍵中間體，從而實現N₂分子的高效活化與轉化。

圖2. 缺陷型Fe基MOF的光催化固氮性能與原位FTIR光譜表征

綜上，該研究為設計構建具有精準缺陷結構的多孔催化劑與如何高效活化催化底物分子提供了有價值的見解。該研究受到科技部重點研發計劃、國家自然科學基金、内蒙古自治區科技計劃等項目的支持。