Nitrogenase inspired artificial photosynthetic nitrogen fixation

人工光合作用 固氮酶 电子转移 光合作用 催化作用 固氮 化学 氮气 氧化还原 纳米技术 光化学 材料科学 光催化 无机化学 有机化学 生物化学
作者
Shu‐Lin Meng,Xu‐Bing Li,Chen‐Ho Tung,Li‐Zhu Wu
出处
期刊:Chem [Elsevier BV]
卷期号:7 (6): 1431-1450 被引量:76
标识
DOI:10.1016/j.chempr.2020.11.002
摘要

Artificial photosynthetic nitrogen reduction reaction (photo-NRR) represents a more sustainable strategy beyond Haber-Bosch chemistry for N2 fixation. Overcoming the kinetic challenges to activate insoluble and inert N2 under ambient conditions for multi-electron and proton processes is the key to photo-NRR. Inspired by the effective N2 fixation in nitrogenase, the elemental composition, structure, and electronics of FeMo-cofactor (FeMo-co) active center in MoFe protein have stimulated the exploration of artificial catalysts in homogeneous transition metal complexes and heterogeneous materials. To initiate effective solar-to-NH3 conversion, these catalysts should be intimately coupled with more specialized photosensitizers in proximity to guarantee continuous and unidirectional multi-electron transfer, and the catalytic environment should be better defined and optimized to modulate N2 and proton transfer kinetics. In the next decade, photo-NRR will progress from proof-of-concept discoveries to more effective solar-to-chemical conversions, and the opportunity of implementing upgraded N2-to-chemical conversions will also be presented by artificial photosynthesis.
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