近日，我校化工学院王丽英教授在MOF复合催化剂光催化氮气还原合成氨研究领域取得进展。
氨合成对全球化肥生产至关重要，但传统上依赖于高耗能型Haber–Bosch工艺，增加了二氧化碳排放量。光催化氮还原反应（PNRR）通过在室温条件下利用太阳能将氮气还原合成氨。该研究提出了一种Fe3O4@C@ZIF67核壳型光催化剂，它具有Fe─N─Co桥联的Z型异质结。这种设计在具有暴露的（211）优势晶面的ZIF67-D (ZIF67-十二面体）中结合了碳涂层的Fe3O4，以增强氮吸附；而碳层提高了催化活性并促进氧空位的形成；Fe─N─Co原子级桥接异质结进一步促进电荷分离和转移。因此，Fe3O4@C@ZIF67复合材料实现了33.2 mmol L-1 g-1 h-1的出色氨产量，同时具有高选择性和最少的副产物。这项工作通过整合金属有机框架、核壳结构和界面工程的优势，为高性能光催化剂的设计提供了重要见解，标志着可持续氨合成向前迈出重要一步。
图1 a) Fe3O4@C@ZIF67核-壳结构晶体图解，b)和c) ZIF67和Fe3O4@C@ZIF67-x (x = 1，2，3，4)的PXRD，以及d)-f) ZIF67-F(ZIF67-片状)、ZIF67-C (ZIF67-立方体)、ZIF67-D和g) Fe3O4@C@ZIF67-3
图2 Fe3O4@ZIF67-3和Fe3O4@C@ZIF67-3的高分辨率XPS光谱a) Fe 2p，b) N 1s和c) Co 2p。d)和g) EXAFS光谱揭示 Fe、Co K edge和e)和h) Fe3O4@C@ZIF67-3、ZIF67和Fe3O4@C. f)的相应FT-EXAFS光谱和i) EXAFS的小波变换
图3 a)具有(110)/(211)的不同峰强度比的ZIF67-D(在图中，ZIF67-D由Co表示)以及具有和不具有碳层的催化剂光催化活性，b) 光催化固氮产率，c)光催化固氮活性，d)光催化固氮副产物，e)光催化固氮循环性能，以及f) 通过与最近PNRR的高性能的相关文献进行比较来评价这项工作
图4 光催化剂Fe3O4@C@ZIF67固氮性能评价。(第1组)用纯水喷洒小麦幼苗的图像，(第2组)用Fe3O4@C@ZIF67作为光催化剂合成氨溶液喷洒小麦幼苗的图像
该研究成果受到中国国家留学基金管理委员会（CSC: 202308150151）及内蒙古自然科学基金面上项目支持。相关研究文章“Facet Engineering and Fe─N─Co Bridged Heterojunction Enable Fe3O4@C@ZIF67 as High-Performance Photocatalyst for Ammonia Synthesis”（https://doi.org/10.1002/anie.202505932）在国际期刊《Angewandte Chemie International Edition》（中国科学院一区TOP，IF:16.6）发表。我校教师王丽英为第一通讯作者，悉尼科技大学王娜娜为第二通讯作者，我校化工学院2022级硕士研究生王静静为第一作者，我校为论文第一单位。这也是我校首次在该国际级期刊上发表文章。
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文字、图片：化工学院
