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      我国学者在金属配合物固氮与转化研究方面取得进展

      日期 2022-12-27   来源:化学科学部   作者:岳衎 付雪峰  【 】   【打印】   【关闭

      NJUZ-1固氮过程及可能的反应路径

        在国家自然科学基金项目(批准号:22022505、22033004、21631006)等资助下,南京大学化学化工学院左景林、金钟、马晶等研究团队密切合作,在金属配合物固氮与转化研究方面取得进展。研究成果以“含双氮阴离子配体的多孔配位聚合物在环境气氛下实现光催化固氮(Photocatalytic nitrogen fixation under an ambient atmosphere using a porous coordination polymer with bridging dinitrogen anions)”为题,于2022年12月15日发表在《自然·化学》(Nature Chemistry)杂志上。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41557-022-01088-8。

        氮气分子由于其叁键的键解离能大,具有高稳定性且不易被还原。作为地球大气的主要成分之一,氮气来源广泛且转化生成的工业产品(如氨、肼类等)具有重要的社会效益和经济价值。因此,氮气的固化、活化与转化是一个充满挑战和机遇的研究方向。设计合成氮气可参与配位的活性金属配合物,降低氮气分子发生还原反应的能垒,是实现相对温和条件下固氮与转化的重要研究思路之一。

        南京大学的多个研究团队紧密合作,成功制备了一类以金属锌为中心离子、具有双氮负离子配位和稳定D-A-D夹心结构的多孔金属配位聚合物材料NJUZ-1。通过单晶结构、红外、拉曼、顺磁共振等表征和同位素交换实验,他们证明了NJUZ-1中存在明确的双氮配体。光催化固氮实验结果表明,NJUZ-1双氮配位聚合物具有优异的固氮性能,能够将空气中的氮气经光催化还原为氨。该团队通过进一步理论与实验研究证明,NJUZ-1吸光后通过分子内和金属到配体的电荷转移过程,促进了电子空穴对的分离,提供了电子用于催化转化氮气为氨。对其催化过程和机理研究表明,总体反应路径可能经过质子化的*N2H逐步形成*NHNH、*NHNH2和*NH2NH2的“交替”路径,最终生成NH3

        该研究成果为金属配合物型分子催化剂在光合固氮研究与应用提供了新的思路和理论依据,此类多孔金属配位聚合物光催化剂优异的结构稳定性也为后续的应用转化研究提供了一个新的材料平台。




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