Nitrogenase-inspired bimetallic metal organic frameworks for visible-light-driven nitrogen fixation

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作者
Ke An,Hanjie Ren,Dong Yang,Zhanfeng Zhao,Yuchen Gao,Yao Chen,Jiangdan Tan,Wenjing Wang,Zhongyi Jiang
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier BV]
卷期号:292: 120167-120167 被引量:124
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2021.120167
摘要

Inspired by nitrogenase, we designed a kind of metal-organic framework (MOF) photocatalysts, U(Zr-Hf)-X, composed of bimetallic Zr-Hf nodes and different functional ligands. In the Zr-Hf bimetallic cluster, the Zr species serves as the active site of nitrogen fixation, while the Hf species acts as electron buffer tank to optimize electron transfer and utilization. In the organic ligands, the light absorption and utilization of MOFs is improved via introducing target functional groups to efficiently generate electrons. Notably, the organic ligand containing two thiol groups (-SH) can extend the absorption edge to the visible region. The optimal U(0.5Hf)-2SH (metal nodes: 0.5Zr: 0.5Hf; linkers: TPA-2SH) photocatalyst exhibits nitrogen fixation rate up to 116.1 μmol g−1 h−1 under visible-light, attributed to the ligand-to-metal-to-metal electron transfer (LMMET) pathway and Zr-based π-backbonding mechanism. Our nitrogenase-inspired strategy establishes a novel paradigm for rational design of visible-light-driven nitrogen fixation catalysts.
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