氨（NH₃）作为农业肥料和氢能载体的核心原料，其传统合成依赖高能耗、高碳排放的Haber-Bosch工艺。光驱动的氮还原合成氨技术虽在温和条件下具有潜力，但仍面临氮活化能垒高、催化剂活性位点不明确及存在析氢反应（HER）竞争等挑战，制约其规模化应用。

近日，中国科学院福建物质结构研究所王要兵研究员团队在《Angewandte Chemie International Edition》期刊发表了题为“Photo-driven Ammonia Synthesis via a Proton-mediated Photoelectrochemical Device”的研究成果。该团队提出了一种通过质子介导的COF||Pt光电化学器件进行光驱动氨合成的新策略。以1,4,5,8-萘四甲酸二酐（NTCDA）和卟啉Au为构建单元获得的TNAu-COF表现出高效的分子内电荷分离效率，其中NTCDA作为H⁺储存位点，卟啉Au作为光催化位点，实现了氧化还原位点储存的e^-和H⁺参与到NH₃合成。该团队通过原位红外光谱分析证明了还原态COF（COF-H）和吸附在Au上的N₂之间的氢键网络促进了Au中心到N₂的电子转移和N₂的氢化，并通过设计的COF||Pt光电化学器件实现了可持续氨合成。在该器件中，HOR反应在Pt光电极上产生的H⁺和e^-以C-OH键的形式储存在COF光电极中，在COF-H中的Au单原子上实现了N₂的吸附和活化，在温和条件下显示出108.97 umol g^-1的NH₃产率。此外，理论计算进一步证明，分子内质子参与了光驱动的NRR过程，完成了第一次氢化，并实现了连续的氢化过程和随后的氨合成。这项工作引发了人们对人工光合作用的新思考，并为未来质子介导的光电化学氨合成体系的设计和实现提供了新思路。

光驱动N₂还原为NH₃的质子介导COF||Pt光电化学装置

相关成果发表于《Angewandte Chemie International Edition》，福建物构所林婉博士为论文第一作者，王要兵研究员为通讯作者。研究获得国家杰出青年科学基金、国家重点研发计划、中国科学院前沿科学重点研究等项目的支持。

论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202422869

（王要兵课题组供稿）