吳驪珠Chem綜述:固氮酶激發的人工光合固氮作用

2021-02-15 催化計

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人工光合氮還原反應（photo-NRR）代表了一種比Haber-Bosch化學方法更可持續的固N2策略。克服在環境條件下多電子和質子過程中活化不溶性和惰性N2的動力學挑戰是photo-NRR的關鍵。

有鑑於此，中國科學院理化技術研究所吳驪珠研究員等人，綜述了近年來在人工光合固氮作用領域的研究進展。

本文要點


要點1. 對化學家來說，利用固N2的化學作用是最刺激但最具挑戰性的目標之一。由於鐵催化的Haber-Bosch工藝和基於固氮酶的生物固氮提供了解決催化氮還原障礙的藍圖，人工光合作用在利用豐富的太陽能實現更可持續的環境N2化學轉化方面顯示出了廣闊的前景。其中不僅需要對催化劑進行更多的理解和專門的設計，而且還需要關注光生電子的連續傳遞和催化環境中多質子和N2轉移的動力學。相干電子、質子和氮氣轉移到設計的催化中心，將更有效地在光碟機動下將氮氣轉化為化學物質，加快更綠色的氮氣供應，以更好地滿足聯合國實現「零飢餓和清潔能源」的可持續目標。

要點2. 受氮在固氮酶中有效固定的啟發，MoFe蛋白中FeMo-co活性中心的元素組成、結構和電子特性激發了在均相過渡金屬配合物和非均相材料中探索人工催化劑的研究。為啟動有效的太陽能到NH3的轉化，這些催化劑應與更專業的光敏劑緊密結合，以確保連續的和單向的多電子轉移，並且應更好地定義和優化催化環境以調節N2和質子轉移動力學。

要點3. 在接下來的十年中，photo-NRR將從概念驗證的發現發展為更有效的太陽能化學轉化，並且人工光合作用還將為實現升級的N2-化學轉化提供機遇。

Shu-Lin Meng et al. Nitrogenase inspired artificial photosynthetic nitrogen fixation. Chem, 2020.

DOI: 10.1016/j.chempr.2020.11.002

https://doi.org/10.1016/j.chempr.2020.11.002

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