人工光合氮还原反应（photo-NRR）代表了一种比Haber-Bosch化学方法更可持续的固N₂策略。克服在环境条件下多电子和质子过程中活化不溶性和惰性N₂的动力学挑战是photo-NRR的关键。

有鉴于此，中国科学院理化技术研究所吴骊珠研究员等人，综述了近年来在人工光合固氮作用领域的研究进展。

本文要点

1）对化学家来说，利用固N₂的化学作用是最刺激但最具挑战性的目标之一。由于铁催化的Haber-Bosch工艺和基于固氮酶的生物固氮提供了解决催化氮还原障碍的蓝图，人工光合作用在利用丰富的太阳能实现更可持续的环境N₂化学转化方面显示出了广阔的前景。其中不仅需要对催化剂进行更多的理解和专门的设计，而且还需要关注光生电子的连续传递和催化环境中多质子和N₂转移的动力学。相干电子、质子和氮气转移到设计的催化中心，将更有效地在光驱动下将氮气转化为化学物质，加快更绿色的氮气供应，以更好地满足联合国实现“零饥饿和清洁能源”的可持续目标。

2）受氮在固氮酶中有效固定的启发，MoFe蛋白中FeMo-co活性中心的元素组成、结构和电子特性激发了在均相过渡金属配合物和非均相材料中探索人工催化剂的研究。为启动有效的太阳能到NH₃的转化，这些催化剂应与更专业的光敏剂紧密结合，以确保连续的和单向的多电子转移，并且应更好地定义和优化催化环境以调节N₂和质子转移动力学。

3）在接下来的十年中，photo-NRR将从概念验证的发现发展为更有效的太阳能化学转化，并且人工光合作用还将为实现升级的N₂-化学转化提供机遇。

参考文献：

Shu-Lin Meng et al. Nitrogenase inspired artificial photosynthetic nitrogen fixation. Chem, 2020.

DOI: 10.1016/j.chempr.2020.11.002

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.11.002