Fe-Porphyrin MOF with Intrinsic Unsaturated Coordination Metal Sites for Electrocatalytic Nitrogen Reduction

化学 卟啉 还原(数学) 氮气 金属有机骨架 金属 电催化剂 无机化学 光化学 电极 电化学 有机化学 物理化学 几何学 数学 吸附
作者
Shaobin Li,Qingyu Cheng,Lin Ma,Li Zhang,Jianxin Wang,Kun Cheng,Xiaoqing Lv
出处
期刊:Inorganic Chemistry [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.inorgchem.5c02076
摘要

Electrocatalytic nitrogen reduction reaction (eNRR) is expected to overcome the limitations of high temperature, high pressure, and high energy consumption associated with ammonia synthesis in the traditional Haber-Bosch method. It is considered to be a promising approach for ammonia synthesis. In this work, a new Fe-porphyrin metal-organic framework (MOF), with porphyrin derivatives as ligands and Fe atoms as coordination metals, was synthesized as an eNRR catalyst using a simple one-step hydrothermal method. The pyridine N in the porphyrin derivative forms a coordination bond with the Fe atom coordinated inside the porphyrin ligand, resulting in a unique crystal structure that creates an unsaturated five-coordinate environment for the Fe atom. This not only increases the dispersion of Fe atoms but also enhances the adsorption capacity of the Fe atom active center for nitrogen. As a result, good catalytic activity was obtained in neutral electrolyte under ambient conditions, achieving an NH3 yield of 17.77 μg h-1 mgcat.-1 at -0.2 V versus the reversible hydrogen electrode (RHE). The configuration of unsaturated coordination metal sites within MOFs offers valuable perspectives for the modulation of N adsorption sites and the systematic design of advanced electrocatalysts for NRR.

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