1、前言
氨作為現代工農業中肥料和其它含氮化學品的基本原料，迄今為止多在苛刻的反應條件下（650-750 K和200-350 atm）進行。傳統的Haber-Bosch工藝壟斷了工業規模的氨生產，這一過程佔全球年能源消耗量的1-2%，進而導致1%以上的全球溫室氣體排放量。在環境條件下透過可再生電力驅動的電化學N2還原反應（NRR）是一種環境友好型工藝，可以提供可持續氨生產。然而，N2分子的高活化勢壘、以及析氫反應（HER）的激烈競爭阻礙了電化學NRR過程。因此，設計對NRR具有足夠活性和選擇性的高效電催化劑具有重要意義。
圖1:新型COF的合成與表徵
2、簡介
有鑑於此，近日，南京大學金鐘教授、北京化工大學向中華教授研究團隊展開合作，最新報道了一種無熱解的合成方法，進一步製備出π共軛富含酞菁的新型共價有機框架（COF），該種COF能夠錨定有序N配位的M金屬中心（M=Ti、Cu或Co），從而顯著提高NRR效能。所構建的M-COF由準酞菁組成，形成共軛二維結構，同時與N配位的金屬中心呈均勻分佈。在這些含有不同過渡金屬中心的COF中，Ti-COF的催化效能明顯優於Cu-COF和Co-COF，這主要歸因於Ti、Cu和Co金屬中心抑制HER的能力不同。此外，密度泛函理論（DFT）計算表明，在二維COF框架中引入Ti可以顯著抑制HER並有效吸收N2分子，從而降低NRR的能壘，有效催化合成氨。更重要的是，所提出的無熱解合成方法是一種通用方法，可以推廣到合成其它過渡金屬中心配位COF材料之中。
圖2:電催化效能表徵
圖3:其它資料測試
3、總結
綜上，該工作為金屬配位COF催化劑在清潔高效催化領域的廣泛應用開闢了新的途徑。相關研究成果現已發表在國際著名期刊《Nano Letters》上，題為“Quasi-Phthalocyanine Conjugated Covalent Organic Frameworks with Nitrogen-Coordinated Transition Metal Centers for High-Efficiency Electrocatalytic Ammonia Synthesis”。
