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  这项研讨提出运用结晶性三维卟啉基共价有机结构（3D COF）的网络羁绊特性，定位金属卟啉位点的空间摆放和间隔，精准构筑具有亚纳米间隔的孪生铁卟啉空腔，驱动高选择性电催化尿素组成，将离散半反响转变成定向C-N耦合进程。

  论文的通讯作者为彭永武研讨员、朱艺涵教授、叶伟副教授和崔勇教授；论文的榜首作者为龚成涛、徐梦秋和魏晓飞。

  尿素（CO(NH2)2）在进步农作物产值和人口增长方面具有极端严重效果，但工业尿素出产依靠动力密集型的Bosch-Meiser工艺，耗费了约80%的工业组成NH3，占全球能耗的1-2%，且导致很多CO2排放。因而，亟需开发尿素出产的可继续代替工艺。现在，运用人类活动发生的有害硝酸盐（NO3-）和CO2作为质料进行电催化尿素出产，一起促进脱硝（NO3RR）和二氧化碳固定（CO2RR），被认为是一种革命性办法。但是，电催化尿素组成进程扑朔迷离，触及多分子吸附、活化和杂乱的多点中继C-N偶联。当两个催化位点十分挨近时，*CO中心体往往会与两个或三个金属位点结合，构成具有较高吸附能的桥式构型，然后阻止后续的C-N耦合，这与孤立的单个位点倾向于单侧反响构成鲜明比照（图1）。因而，在催化剂中对多位点进行空间间隔调整至关重要，但却很难在传统的无机材猜中完成。

  作为新式的晶态多孔资料，3D COF具有十分超卓的稳定性和强壮可规划性。一方面，3D COF的大表面积和立体孔结构可增强对底物的吸附，驱动反响中心体搬运，另一方面，操控COFs的拓扑网络类型和缠结形式能够在空间上直接定位催化位点。在这项工作中，作者将8衔接的卟啉基立体节点模块化拼装得到了多种3D COF催化剂，二重互穿的bcu拓扑网络使得卟啉单元互相相邻，进一步发生亚纳米标准的反响空腔。经过金属化战略，不同的金属离子可直接锚定在结构中预设的卟啉中心，完成具有精准空间散布的催化阵列。特别是具有孪生铁位点的PCOF-34-Fe，空腔中孪生Fe位点之间的间隔约为8.8，能够终究靠低剂量冷冻电子显微技能（Low-dose cryo-EM）对催化位点阵列进行直接可视化（图2）。

  在环境条件下运用H型电解池和三电极体系来进行尿素电组成，比照不同金属化的PCOF-34-M（Fe，Ni，Cu），PCOF-34-Fe能够在热力学和动力学上驱动高效的电催化尿素组成。在-0.6V时，尿素产率到达63.8mmol gcat-1h-1，在-0.5V时，法拉第功率（FE）到达90.0%，具有92.4%的氮选择性和100%的碳选择性，可在100小时的继续催化进程中保持稳定。运用商用气体分散电极（GDE）耦合阳极氧化进程，阴极电位为-0.6V的条件下，PCOF-34-Fe催化尿素电组成的产率到达135.6mmol gcat-1h-1，FE为51.3%。就全体功能而言，PCOF-34-Fe是现在以NO3-和CO2为质料电催化组成尿素的最佳催化剂之一（图3）。

  作者比照构建单体Por-8-CHO-Fe和其它具有附近铁含量但不同铁位点间隔的卟啉基COFs催化剂：2D-Por-COF-Fe （4.0）、3D-Por-COF-Fe （12.0）和NUST-5-Fe （21.7），只要PCOF-34-Fe展现出电催化尿素组成的高选择性和高收率，且彻底按捺了一氧化碳（CO）的生成。机理理研讨证明，热力学上，空间上有序排布的Fe-N4增强了对*COOH的吸附强度，促进了*CO要害中心体的构成。在动力学上，适宜间隔孪生铁位点（8.8）的在亚纳米空腔中加快了中心产品的定向搬运，驱动C-N中继耦组成为首要反响途径（图4）。

  这项研讨为室温电催化尿素组成供给了见地，提醒了结构资料在完成催化位点空间定位的可能性，加快了更多环境可继续化学办法的开展。（来历：科学网）