电化学氮还原反应(NRR)是在温和条件下可持续制氨的重要手段之一，近年来引起了全球的关注。到目前为止，提高NRR效率的高效电催化剂的设计是研究的重点。其中，电催化剂的缺陷工程被认为是通过调节电子态并提供更多的活性位点来改善电催化效率的重要途径，这些位点可使电催化剂具有更好的理化性质。近年来，金属有机骨架（MOF）及其衍生物因其大的表面积和高孔隙率以及在其结构中产生大量缺陷的能力而引起了人们对电催化反应的巨大兴趣。因此，它们可以为电子转移，N三键裂解和N2吸附提供大量暴露的活性位点，从而提高NRR性能。
有鉴于此，南京工业大学霍峰蔚教授、张伟娜研究员和刘文静等人，对缺陷的概念、原位表征技术以及在MOFs中产生缺陷的最常见方法进行了总结。此外，还综述了近年来基于MOF的NRR电催化剂的研究进展。最终，还提出了主要挑战和和展望。
本文要点
1）近年来，对NRR缺陷电催化剂的研究越来越多。在此，概述了在追求环境电催化NRR和缺陷驱动型电催化剂突破方面可能面临的挑战。
i.缺陷电催化剂的合成：缺陷工程是修饰催化剂电子结构的关键方法，也是促进催化剂合理设计的一种实用有效的技术。材料中特定缺陷类型的合成被认为是缺陷功能化和相关机理的基础。然而，到目前为止，由于催化剂中缺陷类型的丰富性，这仍然是一个挑战，因为具有高能量的传统合成技术通常对特定缺陷类型没有选择性。
ii. 缺陷的稳定性：在苛刻的条件下在催化反应过程中缺陷是否被保留或改变仍是一个谜。
iii. 电催化剂缺陷的原位表征：由于催化反应的不饱和状态和高反应性导致的耐久性差，经常在整个催化反应中认为缺陷是不稳定的。因此，应该通过先进的原位表征方法研究不稳定的缺陷和真实的催化位点，不仅可以判别缺陷的质量，而且可以在催化过程中立即发现缺陷的状态，这无疑将有助于研究人员了解缺陷驱动的NRR电催化的本质。当前，越来越多的原位表征方法，包括原位TEM，XPS，XRD，EPR和XAS，用于分析材料的结构演变。iv.MOF作为NRR催化剂：NRR电催化仍在进行中，到目前为止尚未被实际应用。其中，MOFs由于其结构的适应性、高孔隙率、明确的孔径分布、高比表面积和低密度等优点，近年来在电催化领域引起了广泛关注。
v.基于MOF的缺陷：尽管MOF缺陷的实质性理解尚不清楚，但由于其在各种应用中的重要性，MOF的缺陷工程是一个日益增长的话题。在MOFs中产生缺陷是修改MOFs属性的重要途径。根据实验和计算研究，MOFs的特性依赖于缺陷在MOFs中的浓度和空间结构。
总之，该工作对优化NRR电催化剂具有重要的指导意义。
参考文献：
Islam E. Khalil et al. The Role of Defects in Metal–Organic Frameworks for Nitrogen Reduction Reaction: When Defects Switch to Features. Advanced Functional Materials, 2021.
DOI: 10.1002/adfm.202010052
https://doi.org/10.1002/adfm.202010052
