Regulated Dual Defects of Bridging Organic and Terminal Inorganic Ligands in Iron‐based Metal‐Organic Framework Nodes for Efficient Photocatalytic Ammonia Synthesis

光催化 金属有机骨架 反键分子轨道 分子 光化学 桥联配体 金属 氨生产 材料科学 组合化学 化学 纳米技术 无机化学 催化作用 电子 有机化学 原子轨道 吸附 物理 量子力学
作者
Xiaosong Wang,Guilan Fan,Shu Guo,Rong Gao,Yan Guo,Chenhui Han,Yuliang Gao,Jiangwei Zhang,Xuehong Gu,Limin Wu
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
被引量:1
标识
DOI:10.1002/anie.202404258
摘要

Engineering advantageous defects to construct well-defined active sites in catalysts is promising but challenging to achieve efficient photocatalytic NH3 synthesis from N2 and H2O due to the chemical inertness of N2 molecule. Here, we report defective Fe-based metal-organic framework (MOF) photocatalysts via a non-thermal plasma-assisted synthesis strategy, where their NH3 production capability is synergistically regulated by two types of defects, namely, bridging organic ligands and terminal inorganic ligands (OH- and H2O). Specially, the optimized MIL-100(Fe) catalysts, where there are only terminal inorganic ligand defects and coexistence of dual defects, exhibit the respective 1.7- and 7.7-fold activity enhancement comparable to the pristine catalyst under visible light irradiation. As revealed by experimental and theoretical calculation results, the dual defects in the catalyst induce the formation of abundant and highly accessible coordinatively unsaturated Fe active sites and synergistically optimize their geometric and electronic structures, which favors the injection of more d-orbital electrons in Fe sites into the N2 π* antibonding orbital to achieve N2 activation and the formation of a key intermediate *NNH in the reaction. This work provides a guidance on the rational design and accurate construction of porous catalysts with precise defective structures for high-performance activation of catalytic molecules.
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