近期，我校環(huán)境科學與工程學院王傳義教授團隊在光催化合成氨領域開展系列重要研究工作，在國際權威期刊《Coordination Chemistry Reviews》（IF = 20.3）、《Advanced Functional Materials》（IF = 18.5）、《Applied Catalysis B: Environment and Energy》（IF=20.2）、《Journal of Catalysis》（IF=6.5）等發(fā)表重要研究論文。
系列成果一：人工固氮驅動的可持續(xù)氨（NH3）合成技術，因其可替代高能耗的Haber-Bosch工藝并提供綠色合成路徑，已成為研究熱點。為優(yōu)化氨合成技術的經濟可持續(xù)性路徑，開發(fā)新型催化劑至關重要。金屬-有機框架材料作為一類輕質多孔網絡材料，憑借其可調通道、高比表面積和可設計組分等特性，在光驅動和電驅動的氮還原反應中展現出獨特優(yōu)勢，能夠有效降低反應勢壘并加速反應動力學。盡管該領域已取得一定進展，但仍需解決基礎科學問題以深入理解MOF基催化劑的結構、物化性質、催化活性及潛在應用之間的構效關系。
本文基于系統(tǒng)性設計理念，從材料設計原則、結構調控機制及反應工程策略三方面系統(tǒng)綜述了MOF基催化劑的最新研究進展，旨在闡明其在氮還原反應中的結構-活性關聯，為高效氮還原催化劑的設計提供理論指導。
相關成果以“Emerging metal?organic framework-based materials for photocatalytic and electrocatalytic NH3 synthesis: Design principles, structure-activity correlation, and mechanistic insights”為題，發(fā)表在Coordination Chemistry Reviews（IF = 20.3）上。陜西科技大學為論文第一通訊單位，論文第一作者為環(huán)境學院2021級博士研究生李喜明，環(huán)境學院王傳義教授為論文通訊作者。
系列成果二：在分子尺度精準調控催化活性中心的化學微環(huán)境以實現高效氮氣吸附活化仍面臨重大挑戰(zhàn)。基于此，整合富氧單元多金屬氧酸鹽簇{ε-PMo8VMo4VIO40Zn4}與光敏性金屬卟啉（Fe-TCPP），構建了多金屬氧酸鹽簇-金屬卟啉有機框架材料，并以此為模型體系實現了分子間電子轉移行為的精準調控。基于高光敏性卟啉結構和Fe-Mo雙金屬位點的動態(tài)整合，實現了"光捕獲-電子傳遞-氮活化"的協(xié)同催化體系。具體而言，Fe/Mo因子能夠模擬固氮酶活性中心，其未占據的d軌道能夠接受來自N2分子的σ軌道電子，而其已占據d軌道中的可用電子可以通過π-反鍵機制注入N-N π*反鍵體系，形成電子轉移的“接受-捐贈”途徑，從而削弱N≡N鍵。
相關成果以“Molecular engineering of active Fe center in metalloporphyrin coupled with polyoxometalates for efficient photochemical nitrogen fixation: Synergistic effect of multiactive sites strengthening metal-N-N* interactions”為題，發(fā)表在Advanced Functional Materials（IF = 18.5）上。陜西科技大學為論文第一通訊單位，環(huán)境學院2021級博士研究生李喜明為該論文的第一作者，環(huán)境學院王傳義教授為論文通訊作者。
系列成果三：建立質子產生和轉移到N2吸附位點的有效途徑仍然是開發(fā)高性能固氮光催化劑的一個重大挑戰(zhàn)。在此，通過將Au NCs嵌入PCN-221(Fe)的孔中，建立了通往Fe-N-N*位點的質子傳遞途徑。這種催化劑的NH3生產率達到129.2 μmol g?1 h?1。實驗和理論結果均證實，增強的活性是由Au NCs帶間躍遷和Au NCs表面H2O分解形成Au-O物種引起的。這些過程降低了*OOH形成的能量勢壘，促進了質子的產生，并在Fe-N-N*位點周圍產生了更高的質子濃度，從而有利于N2的加氫反應。
相關成果以“Dispersing Au nanoclusters on porphyrin-based metal-organic framework photocatalyst for enhanced proton supply to the Fe–N–N*?sites in N2 fixation”為題，發(fā)表在Applied Catalysis B: Environment and Energy（IF = 20.2）上。陜西科技大學為論文第一通訊單位，環(huán)境學院2021級博士研究生董奇兵為該論文的第一作者，環(huán)境學院王傳義教授為論文通訊作者。
系列成果四：表面氧空位（OVs）工程作為提升光催化性能的有效策略已被廣泛采用。然而，目前能夠精準調控表面OVs濃度并闡明其對固氮活性影響機制的光催化體系仍較為匱乏。本研究以Bi2MoO6（BMO）為基底，通過在其表面負載鉍基金屬有機框架（Bi-MOF）構建可操作平臺，利用Bi-MOF組分中鉍離子的還原特性實現OVs濃度的精準調控。
相關成果以“Regulating concentration of surface oxygen vacancies in Bi2MoO6/Bi-MOF for boosting photocatalytic ammonia synthesis”為題，發(fā)表在Journal of Catalysis（IF = 6.5）上。陜西科技大學為論文第一通訊單位，環(huán)境學院2021級博士研究生董奇兵為該論文的第一作者，環(huán)境學院王傳義教授為論文通訊作者。
系列成果5：設計一種高效、穩(wěn)定的雙位點鐵基MOF催化劑，并在原子水平上闡明其協(xié)同機理，仍然是當前研究的主要挑戰(zhàn)。王傳義教授團隊通過簡單的化學還原方法開發(fā)并合成了一種Pt NPs修飾的Fe基MOFs（Pt@NM-101(Fe)）復合光催化劑。通過Pt和Fe位點的協(xié)同作用增強了*H的供給，從而顯著提高了光催化固氮性能，為實現高效、可持續(xù)的光催化固氮提供了一種有效的策略。
相關成果以“Enhanced photocatalytic nitrogen fixation via Pt-induced active hydrogen supply over Pt@NM-101(Fe)”為題，發(fā)表在Applied Catalysis B: Environment and Energy（IF = 20.2）上。陜西科技大學為論文通訊單位之一，環(huán)境學院2022級聯培碩士研究生王俊俊（石河子大學）為該論文的第一作者，環(huán)境學院王傳義教授為論文通訊作者。
相關成果文章鏈接：
1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854525001134
2. https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202424128
3. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337325000256
4. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021951724002021
5. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0925963523008580
（核稿：王念東 編輯：劉倩）
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