高能所在光催化固氮研究中取得進展

　　【儀表網 儀表研發】近日，中國科學院高能物理研究所多學科中心核能化學課題組在金屬有機框架材料光催化固氮研究領域取得進展，研究員石偉群團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材料均表現出優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固氮效率與文獻同類材料相比提高17倍。同時，研究人員系統闡釋了MOFs材料高效固氮的機理。分析表明，Gd-IHEP-7為基于二維層狀結構的多孔框架，在空氣中加熱后，Gd-IHEP-7會發生二維層狀結構向三維孔道結構的轉變，進而生成Gd-IHEP-8。兩個MOFs材料中紫精配體均以穩定的單自由基形式存在，正是這種穩定的長壽命自由基以及相應的自由基-自由基相互作用，使得MOFs材料在200-2500nm范圍內顯示寬光譜吸收，從而實現可見光催化固氮。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絡，可有效降低體系的自由能，使得Gd-IHEP-8表現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計和開發提供了新策略。相關成果以Solar-Driven Nitrogen Fixation Catalyzed by Stable Radical-Containing MOFs: Improved Efficiency Induced by a Structural Transformation為題，發表在《德國應用化學》上。 研究得到國家杰出青年基金項目、國家自然科學基金面上項目的資助支持。