光催化氮还原反应（PNRR）可以利用太阳能，将丰富但惰性的N2转化为NH3。最近，人们开发了等离激元金属纳米粒子作为一种很有前途的PNRR光敏剂，利用它们的局域表面等离激元共振（LSPR）效应来收集光并产生热电子，然后这些热电子被转移到其他助催化剂上，用于将N2转化为NH3。
近日，北京理工大学王博教授，殷安翔研究员报道了利用金属−有机骨架（MOF）膜作为纳米反应器的理想组合，对金纳米颗粒（AuNPs）进行分散和约束，从而实现了常温下的直接等离激元光催化固氮（P2NRR）。
文章要点
1）在可见光照射下，AuNPs上产生的热电子可以直接注入吸附在Au表面的N2分子中。同时，这种N2分子还可以被强的、非定域的表面等离激元共振场激活，从而导致NH3析出速率与强度呈超线性关系，在较强的辐照下，具有更高的表观量子效率和更低的表观活化能。
2）由多个相互连接的纳米反应器组成的透气性Au@MOF膜可以保证AuNPs的分散性和稳定性，进一步促进N2分子和(水合)质子的传质，并促进所设计的气体−膜−溶液（GMS）界面的等离激元光催化反应。
3）实验结果表明，Au@MOF膜在可见光（>400 nm，100 mW cm−2）下的析氨速率为18.9 mmol gAu-1 h-1，在520 nm处的表观量子效率为1.54%。此外，小分子的等离激元活化和GMS反应界面的设计不仅适用于N2的光催化反应，也适用于许多其他气体分子（如CO2、O2等）的光催化反应。
参考文献
Li-Wei Chen, et al, Metal−Organic Framework Membranes Encapsulating Gold Nanoparticles for Direct Plasmonic Photocatalytic Nitrogen Fixation, J. Am. Chem. Soc., 2021
DOI: 10.1021/jacs.0c13342
https://doi.org/10.1021/jacs.0c13342
