探索高效、低成本的合成氨催化劑需要反應(yīng)途徑的可調(diào)性，但由于比例關(guān)系的限制而還存在困難。基于此，上海交通大學(xué)葉天南教授、日本東京工業(yè)大學(xué)Hideo Hosono和Masaaki Kitano等人報(bào)道了堿土亞胺（AeNH）與過(guò)渡金屬（TM=Fe、Co和Ni）催化劑結(jié)合，通過(guò)利用支撐表面上的活性缺陷和負(fù)載過(guò)渡金屬協(xié)同作用來(lái)解決這一困難。

在400 ℃、0.9 MPa條件下，Co/SrNH的反應(yīng)速率高達(dá)1686.7 mmol·g_Co^-1·h^-1，TOFs達(dá)到500 h^-1以上，優(yōu)于其他已報(bào)道的Co基催化劑，也優(yōu)于相同反應(yīng)條件下的基準(zhǔn)Cs-Ru/MgO催化劑和工業(yè)wüstite-基Fe催化劑。

通過(guò)DFT計(jì)算，作者研究了TMs/SrNH催化劑中TMs和NH^2-空位之間的協(xié)同作用。Bader電荷分析顯示，三種TMs均帶負(fù)電荷，即-0.08(Fe)、-0.14(Co)和-0.10(Ni)。含NH^2-空位的SrNH計(jì)算出的功函數(shù)（Ф_WF）比不含缺陷的SrNH的功函數(shù)要小，說(shuō)明產(chǎn)生NH^2-空位進(jìn)一步增強(qiáng)了SrNH的給電子能力。

因此，受限制的陰離子電子可以有效地捐贈(zèng)給TMs，從而通過(guò)將電子反向捐贈(zèng)給N₂的反鍵π*軌道來(lái)促進(jìn)N₂的解離。

H₂處理后N峰歸一化強(qiáng)度明顯降低，表明表面NH^2?與H*反應(yīng)轉(zhuǎn)化為NH₃。在H₂處理下，可以沿同一方向發(fā)現(xiàn)晶格Sr的六角形圖案的畸變，與表面形成大量NH^2-空位相一致。

計(jì)算得到的E_V為Co/SrNH (1.59 eV) ＜ Ni/SrNH (1.75 eV) ＜ Fe/SrNH (1.84 eV) ＜ SrNH (1.92 eV)，表明在TM加載后NH^2-空位的形成更容易。結(jié)果表明，經(jīng)過(guò)H₂處理后，SrNH表面形成了大量的NH^2-空位。

Multiple reaction pathway on alkaline earth imide supported catalysts for efficient ammonia synthesis. Nat. Commun., 2023, DOI: 10.1038/s41467-023-42050-7.