氨（NH₃）是氮肥等化工产品的重用原料，也是一种无碳氢能载体。目前的工业合成氨严重依赖能源密集型的Haber-Bosch工艺，因此探寻绿色的氨合成方法极为重要。常温常压下光催化合成氨是人工固氮的重要方式，限制该反应高效进行的关键问题是如何设计构筑新型催化剂，实现对惰性N₂分子的高效吸附与活化。

为解决上述问题，近日，内蒙古大学的武利民教授、谷晓俊教授和张江威研究员设计合成了具有双缺陷（桥联有机配体和端基无机配体缺陷）的Fe基金属有机框架（简称MOF）催化剂，在N₂和H₂O为原料的光催化合成氨反应中展现出优异的光催化性能，并系统研究了催化剂的缺陷结构类型、合成氨性能和反应机制。

首先，通过低温等离子体辅助方法，可控制备了具有单缺陷和双缺陷结构的Fe基MOF催化剂，并通过各种表征证实了结构缺陷的存在。

进一步通过Fe-K边的χ(R)空间光谱证明在等离子体低功率100 W下制备的催化剂中只存在端基无机配体（OH⁻和H₂O）缺陷，Fe-O配位数为5.0；200 W下制备的催化剂中桥联有机配体和端基无机配体缺陷共存，Fe-O配位数为4.0；功率增加到300 W时，催化剂中有机配体缺陷增多，Fe-O配位数降为2.5。双缺陷的产生使得催化剂暴露了更多配位不饱和Fe位点，有利于光催化过程中高效吸附和活化惰性N₂分子。

性能研究显示，富含双缺陷的MIL-100(Fe)-200W催化剂具有115.1 μmol g^-1 h^-1的光催化产氨速率，相较于MIL-100(Fe)和MIL-100(Fe)-100W催化剂，性能分别提升了1.7和7.7倍。¹⁵N同位素示踪实验证实了光催化产生的NH₃来源于N₂分子；利用原位DRIFTS监测到了含氮中间体，进一步证实了反应产生的NH₃来源于N₂分子。

最后，通过DFT模拟计算，证实了双缺陷结构能够优化MOF催化剂中配位不饱和Fe位点的几何构型和电子特性，有利于在N₂分子的p*反键轨道上注入更多d电子，形成关键中间体*NNH，从而实现N₂分子高效活化与转化。

该研究为设计构建具有精确缺陷结构的多孔催化剂和如何高效活化催化底物分子提供了有价值的见解。