在自然界中固氮酶在環境條件下將N₂轉化為NH₃(NH₄⁺)，而工業上氨的生產主要是基于在惡劣條件下(723-923 K和15-35 MPa)的Haber-Bosch工藝，其消耗世界年能源產量的1-2%并產生約500噸CO₂。因此，迫切需要開發在溫和的條件下有效地將N₂還原為氨的材料和方法。

基于此，中科院大連化物所郭建平、丹麥技術大學Heine Anton Hansen和Tejs Vegge等報道了一種無過渡金屬的氫化物(BaH₂)，其能夠通過催化和化學環化過程進行固氮和氨合成。

實驗結果表明，化學環化工藝的氨生成速率明顯高于催化工藝。結合實驗和密度泛函理論計算(DFT)計算結果表明，BaH₂表面氫空位的產生導致配位不飽和多Ba位點的形成，這些位點負責N₂的吸附和激活；氫化氫作為電子供體，促進N₂的激活并伴隨有H₂釋放，這在功能上與固氮酶中的分子氫化物配合物和FeMo輔助因子類似。

此外，氫化物晶格的氫和氣態H₂都參與了N-H鍵的形成，即相鄰的晶格氫化氫(H)經過還原消去和還原質子化，將N₂轉化為NH_x。這些機理解釋了在N₂-TPR測量過程中H₂的釋放、H₂對催化活性的抑制作用以及催化和化學環化過程中活性的差異。總的來說，這項工作可能為開發更高效、無過渡金屬的催化劑或N₂固定和氨合成材料提供指導，也顯示出BaH₂介導的化學環化過程具有利用無過渡金屬材料合成氨的巨大發展前景。

Transition-Metal-Free Barium Hydride Mediates Dinitrogen Fixation and Ammonia Synthesis. Angewandte Chemie International Edition, 2022. DOI: 10.1002/anie.202205805