Defects‐Induced Single‐Atom Anchoring on Metal–Organic Frameworks for High‐Efficiency Photocatalytic Nitrogen Reduction

光催化 反键分子轨道 催化作用 光化学 共价键 金属 材料科学 氨生产 氨 化学 原子轨道 电子 有机化学 量子力学 物理
作者
Guangmin Ren,Jianyong Zhao,Zehui Zhao,Zizhen Li,Liang Wang,Zisheng Zhang,Chunhu Li,Xiangchao Meng
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:136 (2) 被引量:19
标识
DOI:10.1002/ange.202314408
摘要

Abstract Aiming to improve the photocatalytic activity in N 2 fixation to produce ammonia, herein, we proposed a photochemical strategy to fabricate defects, and further deposition of Ru single atoms onto UiO‐66 (Zr) framework. Electron‐metal‐support interactions (EMSI) were built between Ru single atoms and the support via a covalently bonding. EMSI were capable of accelerating charge transfer between Ru SAs and UiO‐66, which was favorable for highly‐efficiently photocatalytic activity. The photocatalytic production rate of ammonia improved from 4.57 μmol g −1 h −1 to 16.28 μmol g −1 h −1 with the fabrication of defects onto UiO‐66, and further to 53.28 μmol g −1 h −1 with Ru‐single atoms loading. From the DFT results, it was found that d ‐orbital electrons of Ru were donated to N 2 π✶‐antibonding orbital, facilitating the activation of the N≡N triple bond. A distal reaction pathway was probably occurred for the photocatalytic N 2 reduction to ammonia on Ru 1 /d‐UiO‐66 (single Ru sites decorated onto the nodes of defective UiO‐66), and the first step of hydrogenation of N 2 was the reaction determination step. This work shed a light on improving the photocatalytic activity via feasibly anchoring single atoms on MOF, and provided more evidences to understand the reaction mechanism in photocatalytic reduction of N 2 .
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