合理设计的光催化剂用于常温下高效固氮，对于实现氨合成的革命性至关重要，同时由于惰性N₂的吸附和活化充满极大困难，因此也极具挑战性。

近日，受生物分子叶绿素（以卟啉为光敏剂）和酶固氮酶（通过反馈π键，以铁（Fe）原子作为N₂的有利结合位点）的启发，香港城市大学尚进，梁国熙教授，澳大利亚同步加速器（ANSTO）Qinfen Gu报道了在常温下合成了一种具有Fe金属活性中心的卟啉金属−有机骨架，并作为N₂还原反应（NRR）的人工光催化剂。

文章要点

1）铝（Al）作为金属节点的PMOF具有极高的稳定性，而Fe通过驻留在每个卟啉环上来促进N₂的吸附和活化，研究人员称之为Al-PMOF(Fe)。

2）与纯Al-PMOF相比，Al-PMOF(Fe)具有显著提高的NH₃产量（635 μg g⁻¹_cat.)。产率（127 μg h⁻¹ g⁻¹_cat.），分别为82%和50%，可媲美性能最好的MOF基NRR催化剂。此外，三个循环的光催化NRR实验结果证实了Al-PMOF(Fe)具有稳定的光催化活性。

3）原子分散的Fe活性位点作为捕获位点，可以接受光生电荷，抑制电荷−空穴复合，从而提高光催化活性。实验和理论相结合的结果表明，Al-PMOF(Fe)中的Fe-N位点是光催化反应的活性中心，可以有效地增强反应物N₂的吸附和活化从而促进光催化反应中的速率决定步骤。此外，建立了Al-PMOF(Fe)上可能的NRR反应途径。

这种利用卟啉基MOF用于光催化NRR的研究将为人工光合作用催化剂的合理设计提供依据。

参考文献

Shanshan Shang, et al, Atomically Dispersed Iron Metal Site in a Porphyrin-Based Metal−Organic Framework for Photocatalytic Nitrogen Fixation, ACS Nano

DOI: 10.1021/acsnano.0c10947

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c10947