UiO-66(Ce)中的混合功能基团配体：高效光催化硝酸盐转化为氨的策略

《ACS ES&T Engineering》：Mixed Functional Group Ligands in UiO-66(Ce): A Strategy for Efficient Photocatalytic Nitrate to Ammonia Conversion

　　

摘要

氨（NH₃）是农业肥料、能源应用以及许多工业流程中不可或缺的化学原料。然而，像哈伯-博施工艺这样的传统生产方法能耗高、成本大，且对环境有害。光催化硝酸盐还原为NH₃合成提供了一种可持续的、低能耗的替代方案。在本研究中，我们设计了具有多种功能基团的Ce-UiO-66金属-有机框架（MOFs），用于高效的光催化硝酸盐还原反应。我们合成并评估了一系列(Ce)-X催化剂，其中X包括H、NH₂、OH、H–NH₂、NH₂–OH、H–OH以及H–NH₂–OH。在这些催化剂中，Ce–NH₂–OH (NO)的氨生成速率最高，可达212 μmol g^–1 h^–1。这一优异性能得益于多种因素的协同作用：胺基通过缩小能隙提升了可见光吸收能力，而羟基则形成了浅层电子陷阱，减少了电荷复合现象并促进了电荷转移。此外，羟基还增加了Ce³⁺位点的比例，而这些位点正是硝酸盐还原反应的活性中心。本研究提出了一种结合结构设计与电子工程策略的催化剂设计方法，有助于推动可持续清洁能源技术的发展。