Enzymatic Pathway: a Promising Photocatalytic Nitrogen Fixation Reaction Mechanism

光催化 催化作用 材料科学 吸附 固氮 纳米技术 组合化学 酶催化 表面改性 吉布斯自由能 代谢途径 固定(群体遗传学) 反应机理 蛋白质吸附 光化学 固氮酶 表面能 化学 生物催化 反应堆设计 化学工程 氮气 能源成本 反应中间体 光能 设计要素和原则 反应条件 催化效率
作者
Xin Wang,Xi Wu,Fuxiang Zhang
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202516463
摘要

Abstract Developing biomimetic catalysts that replicate the nitrogenase functionality for ambient‐condition NH 3 synthesis is a key goal of catalysis research. Recently, the enzymatic pathway with “side‐on” N 2 adsorption is proposed for efficient photocatalytic N 2 fixation. The “side‐on” mode involves the simultaneous bonding of both N atoms to active sites, enabling the enzymatic pathway with strong N 2 adsorption and low energy barrier. Here, recent advances in photocatalytic N 2 fixation via the enzymatic pathway are reviewed in terms of material design and reaction mechanism. The feasibility of regulating the N 2 ‐fixation reaction pathway is demonstrated by summarizing the latest research on defect regulation, doping strategies, and surface engineering used to realize the enzymatic pathway. The effects of the N 2 adsorption mode, charge transfer kinetics, and Gibbs free energy on photocatalytic N 2 fixation via the enzymatic pathway are then comprehensively analyzed to elucidate the relationship between the reaction pathway and N 2 fixation performance, which offers insights into the design of novel photocatalysts. Finally, an outlook on the challenges and future developments related to the enzymatic pathway of photocatalytic N 2 fixation is presented. Bridging material innovation with mechanistic insights can accelerate the realization of practical photocatalytic systems for N 2 fixation through the enzymatic pathway.
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