In this work, 44 metal–organic frameworks (MOFs) are screened for efficient electrocatalytic nitrogen reduction reaction (eNRR). The isosteric heats of N2 adsorption on the 44 metal active centers of MOFs are calculated by the grand canonical Monte Carlo method. It is found that p‐block‐elements exhibit the highest N2 affinity among all screened elements, implying their excellent catalytic potentials for eNRR. Furthermore, the Al element is preferentially chosen as the metal center of MOFs (MIL‐53 (Al)) owing to its relatively low toxicity and cost. Combined in situ Diffuse Reflectance Infrared Fourier Transform (DRIFT) analysis with theoretical calculation, we found that N2 is mainly attracted by the bridging oxygen of Al‐O‐Al structure in the MIL‐53 (Al). The optimized MIL‐53 (Al) shows a superior activity with the NH3 yield rate of 74.55 ± 1 μg h−1 mgcat−1 at −0.3 V vs. Reversible Hydrogen Electrode (RHE), to our best knowledge, which is currently the highest activity of MOF‐based catalyst for eNRR reported in the literature.

中文翻译：

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筛选金属有机框架以实现高效的电催化氮还原


在这项工作中，筛选了 44 种金属有机框架 （MOF） 用于高效的电催化氮还原反应 （eNRR）。N2 吸附在 MOF 的 44 个金属活性中心上的等位热通过大正则蒙特卡洛方法计算。发现 p 嵌段元素在所有筛选元素中表现出最高的 N 2 亲和力，这意味着它们对 eNRR 具有出色的催化潜力。此外，由于其相对较低的毒性和成本，Al 元素被优先选择作为 MOF 的金属中心 （MIL-53 （Al））。将原位漫反射红外傅里叶变换 （DRIFT） 分析与理论计算相结合，我们发现 N2 主要被 MIL-53 （Al） 中 Al-O-Al 结构的桥接氧吸引。据我们所知，优化的 MIL-53 （Al） 在 -0.3 V 下显示出优异的活性，NH3 产率为 74.55 ± 1 μg h-1 mgcat-1，据我们所知，这是目前文献中报道的基于 MOF 的催化剂对 eNRR 的最高活性。