金属有机框架材料（MOF）具有结构多样、孔隙率高、比表面积大、孔表面易功能化等优势，通过有效的改性策略可以提升MOF材料的导电性和稳定性，使其在电化学能量存储与转化中表现一些特殊的性能。金属掺杂可以在保留原始拓扑结构的同时，利用金属协同效应提高导电性、增加活性位点，基于此思想，扬州大学庞欢教授课题组近年来设计开发了一系列微纳米化MOF，（Adv. Mater., 2022, doi: 10.1002/adma.202201779; Adv. Mater., 2021, 33, 2105163.）。微纳米化产生小尺寸效应、晶面取向生长形成各向异性的配合物纳米晶体、表面缺陷或不饱和配位、双配体策略和软硬酸碱原则，基于此思想，设计了更具稳定性的MOF材料（Adv. Mater., 2022, 34, 2107836; Natl. Sci. Rev., 2021, doi: 10.1093/nsr/nwab197）。微纳米化配合物框架材料与金属氧化物复合之后，使得复合物具有丰富的多孔性、良好的稳定性与导电性，基于此思想，设计开发了金属氧化物@MOF复合材料(Co3O4@Co-MOF)并深入开展了电化学电容器储能研究（Natl. Sci. Rev., 2020, 7, 305-314.）。MXene材料具有独特的二维层状结构、高导电性和亲水表面，与其杂化将获得更具优势的复合材料，基于此思想，深入开展电化学超级电容器的研究（Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202116282; Angew. Chem. Int. Ed., 2021, 60, 25318.）。以配合物框架纳米晶体为模板煅烧制备的材料，往往是一些多孔金属氧化物、多孔碳材料、甚至还出现杂原子（氮、磷、硫）掺杂材料，具有优异电化学特性。基于此思想，开发了一系列具有良好氧析出反应活性的纳米材料（Nano Lett., 2021, 21, 3016−3025; Adv. Funct. Mater., 2018, 28, 1800886.）此外，基于二维材料由于具有柔韧性、薄度和透明性等优点，也深入开展了电化学储能研究（Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1605784.）。

氨（NH₃）是现代工业中重要的原料之一，全球氨气生产量达到约2亿吨每年，并被广泛用于化工生产和化肥生产等方面。其中，使用氨气为原料生产出的氮肥喂养了全球近一半的人口（FAO联合国粮农组织）。但是，工厂中使用的是Haber-Bosch法生产氨气，需要消耗大量的化石能源。而且，使用氨气为原料生产氮肥的工厂集中在发达地区，所以高昂的运输成本使得氮肥的价格在欠发达地区更高，导致了全球性的粮食危机。因此，我们致力于研究能够以氮气和水为原料以太阳能为能源在田间分散生产氮肥的固氮光催化剂。

扬州大学的庞欢教授与王天奕博士合作在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上发表了题为“A Ce-UiO-66 Metal-Organic Framework-based Graphene-embedded Photocatalyst with Controllable Activation for Solar Ammonia Fertilizer Production”的文章（Angew. Chem. Int. Ed，DOI: 10.1002/anie.202207026）。本论文报道了一种具有高催化活性和高稳定性的嵌入片层石墨烯Ce-UiO-66固氮光催化剂（GSCe），并将其作为太阳能氨肥成功运用于水稻培育。石墨烯的嵌入能够控制活化并改善光生电子的分离和转移。嵌入石墨烯的Ce-UiO-66催化剂（GSCe）在波长为365nm的光线照射下显示高达出9.25%的表观量子效率并且在7 × 24小时的循环实验中保持了稳定的性能。而且，GSCe作为太阳能氮肥在水稻培育的实验中也取得了和标准氮肥相同的效果。本研究建立了一种将石墨烯嵌入光催化剂的策略，该策略能够控制和利用MOF材料中的键的断裂，为太阳能氮肥的研究提供了新的思路。

第一作者是博士研究生刘斯霄同学。

方案1. GSCe是使用水浴法组合对苯二甲酸，铈离子和片层石墨烯所得到的。然后，GSCe被紫外线所活化，生产用于农作物培育的太阳能氨肥。

作者团队：Sixiao Liu, Zhenyuan Teng, Hang Liu, Tianyi Wang*, Qiang Xu, Xiuyun Zhang, Min Jiang, Chengyin Wang, Wei Huang, Huan Pang*

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202207026