新型Co-MOF@ZIF-8纳米异质结高效光催化固氮研究

针对传统Haber法合成氨高能耗、高污染问题，兰州交通大学团队构建了Co-MOF@ZIF-8型I异质结光催化剂。通过液相合成技术精准锚定Co-MOF于ZIF-8表面，实现332 μmolg-1h-1的固氮效率，为绿色氨合成提供了新策略。

　　

氨作为现代工农业的核心原料，其传统生产依赖高耗能（占全球2%能源）的Haber工艺，每吨氨排放1.9吨CO₂。面对能源危机与碳中和目标，兰州交通大学的研究团队在《Journal of Environmental Chemical Engineering》发表成果，开发出Co-MOF@ZIF-8纳米异质结光催化剂，实现常温常压下高效固氮。

研究采用液相合成技术构建MOF-on-MOF结构，通过SEM/TEM表征形貌，结合EIS、PL光谱和能带分析揭示载流子分离机制。关键发现包括：ZIF-8保持十二面体结构（图1b），Co-MOF呈现不规则块状（图1c），复合后形成紧密界面接触（图1d）。XPS证实异质结中Zn²⁺缺电子位点与Co²⁺富电子位点的协同作用，促进N₂化学吸附。

【材料合成】通过液相法在ZIF-8表面外延生长Co-MOF，保留两组分结构特征；【性能测试】紫外可见漫反射显示带隙缩至3.38 eV，光电流响应提升3倍；【机理验证】原位FTIR捕获*N₂H中间体，证实交替加氢路径。

研究结论表明，该异质结通过能带工程克服I型结固有缺陷，使固氮速率达单组分的4.6倍（332 vs 72 μmolg^-1h^-1）。Sun Yinxia团队指出，这种电子"供体-受体"设计为MOF基光催化剂开发提供新范式，对实现《巴黎协定》减排目标具有双重意义——既替代化石燃料制氨工艺，又推动氨作为氢载体（3 kWh/kg）的清洁能源应用。