氨(NH₃)是现代工业中最重要的化学产品之一。在传统工业中，NH₃的合成通常通过Haber-Bosch工艺在高温高压下进行，每年占全球能源消耗的1-2%。在太阳能驱动下，光催化氮(N₂)还原为温和反应条件下合成NH₃开辟了一条绿色、可持续的道路。具有高效N₂吸附和活化位点的活性光催化剂仍然是人们迫切需要的。在半导体上构建氮(N₂)吸附和活化位点是实现高效光固定N₂的关键。

有鉴于此，中国科学技术大学郑旭升副教授、Haibin Pan和江苏大学饶德伟副研究员等人，通过受控的Mn掺杂，WO₃上的Mn–W双金属位点被设计成高效的N₂光还原。

本文要点

1）通过锰掺杂在WO₃半导体上设计并制备了Mn-W双催化位点，以实现N₂光还原。

2）令人印象深刻的是，最佳的2.3％Mn掺杂WO₃（Mn-WO₃）的氨（NH₃）产率为425 µmol g_cat.^-1h^-1，代表了有史以来报道的基于氧化钨的光催化剂中最佳的固N₂催化性能。

3）准原位同步辐射X射线光谱学直接证实Mn–W双金属位点可以增强吸附的N₂的极化，这有利于N₂的活化。进一步的理论计算表明，增加的极化起因于向被吸附的N₂的反键轨道上的电子反给，从而降低了对N₂光固定的反应能垒。

总之，用于惰性分子活化的双位点构建概念为合理设计高效固氮催化剂提供了一种新的思路。

参考文献：

Yida Zhang et al. Dual‐Metal Sites Boosting Polarization of Nitrogen Molecules for Efficient Nitrogen Photofixation. Advanced Science, 2021.

DOI: 10.1002/advs.202100302

https://doi.org/10.1002/advs.202100302