开发用于在环境条件下固定N₂以产生NH₃的高效光催化剂仍然是一个巨大的挑战。由于共价有机框架（COFs）具有预定的化学结构、良好的结晶度和高孔隙率，因此探索其在光催化氮转化中的潜力具有重要意义。近日，南洋理工大学Zhao Yanli、天津大学姜忠义报道了一系列负载有Au单原子（COFX–Au，X=1–5）的同构卟啉基COF用于光催化N₂固定。

本文要点：

1) 卟啉构建块充当了固定Au单原子的对接位点，而金催化中心的微环境通过控制卟啉单元近端和远端位置的官能团来精确调节。因此，用强吸电子基团修饰的COF1–Au具有高NH₃生成活性，其速率为333.0±22.4μmol g^–1 h^–1和37.0±2.5 mmol g _Au^–1 h^-1，分别比用给电子官能团修饰的COF4–Au和卟啉–Au分子催化剂高2.8倍和171倍。

2) 在具有两种不同类型强吸电子基团的COF5-Au催化下，NH₃生成速率可进一步提高至427.9±18.7μmol g^–1 h^–1和61.1±2.7 mmol g _Au^–1 h^-1。结构-活性关系分析表明，吸电子基团的引入促进了整个框架内光生电子的分离和运输。该工作表明，COF基光催化剂的结构和光电特性可以通过在分子水平上的合理设计进行精细调整，从而产生优异的NH₃析出性能。

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Ting He et.al Porphyrin-Based Covalent Organic Frameworks Anchoring Au Single Atoms for Photocatalytic Nitrogen Fixation JACS 2023

DOI: 10.1021/jacs.2c10233

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.2c10233