金属-有机框架可控部分自牺牲策略增强硝酸盐电还原合成氨性能

研究人员开发了一种创新的金属-有机框架(MOF)可控部分自牺牲策略，通过利用杂化配体与铜节点的配位能力差异，成功构建了含有超细Cu2O和配位不饱和Cu节点的复合催化剂。该催化剂通过富电子不饱和Cu2+节点向纳米颗粒的电子转移实现协同催化，在硝酸盐电还原制氨(NO3RR)反应中表现出卓越性能，氨产率高达6.35 mmol h?1 mgcat?1，法拉第效率达98.6%，为解决硝酸盐污染和氨需求提供了高效解决方案。

　　

这项突破性研究展示了一种精妙的金属-有机框架(MOF)可控自牺牲策略，巧妙地利用杂化配体与铜节点间的配位能力差异，像精准的分子手术般实现了框架的部分选择性解构。由此诞生的复合催化剂如同纳米级的化学工厂，其中超细Cu₂O颗粒被完美封装在含有配位不饱和Cu²⁺节点的MOF骨架中，形成了高效的协同催化体系。

在解决环境与能源双重挑战方面，这种催化剂展现出惊人的硝酸盐电还原(NO₃RR)性能。就像分子级别的接力赛，富电子的不饱和Cu²⁺节点将电子快速传递给纳米颗粒，大幅降低了所有反应中间体的势能垒，实现了高达6.35 mmol h^?1 mg_cat^?1的氨产率和近乎完美的98.6%法拉第效率。

这项研究不仅为将有害硝酸盐转化为宝贵氨资源提供了高效解决方案，更开创了新一代复合催化剂的设计范式。通过精确调控的配体自牺牲过程，研究人员成功构建了具有协同活性位点的稳定催化体系，为电催化领域树立了新的标杆。密度泛函理论(DFT)计算揭示了这种独特结构如何像分子机器般优化电子转移路径，使硝酸盐到氨的八电子九质子转移过程变得前所未有的高效。