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多學科中心石偉群研究員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(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固氮效率與文獻同類材料相比提高了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，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。  

　　本工作為MOFs材料的新型固氮光催化劑的設計和開發(fā)提供了一種新的策略，并指明了方向。 

　　作為20世紀最重要的發(fā)現(xiàn)之一，Haber-Bosch（HB）工藝的產(chǎn)生曾經(jīng)極大地提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量并推動全球經(jīng)濟發(fā)展，到目前為止，HB工藝仍然是工業(yè)合成氨的唯一途徑。目前探索新型低能耗、環(huán)保的合成氨技術具有重要科學意義和工業(yè)應用價值，例如通過光催化技術直接合成氨氣。金屬-有機框架（MOFs）材料因其高結(jié)晶性、靈活可調(diào)的多孔結(jié)構(gòu)以及易修飾等特性，成為一類極具應用前景的光催化固氮材料。 

　　此項目得到了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。  

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