氨(NH3)是化肥工业的关键，也是最常见的化学品之一。由于大气氮的键能大(每摩尔945千焦)，在Haber Bosch工艺发展之前，直接利用大气氮一直是一项具有挑战性的工作。随后，人们探索了许多策略来降低N≡N键的激活障碍，使这一过程更有效。其中包括使用碱土和碱土金属氧化物作为促进剂，通过过渡金属将促进剂的电子转移到N2的反键键上，从而提高传统铁和钌基催化剂的性能。电支撑的低功函数和高电子密度增强了电子向过渡金属的转移，进一步降低了激活势垒。这一策略促进了氮气离解合成氨，并使催化操作在温和的条件下进行;然而，它需要使用昂贵的钌。另外，也有研究表明，含有表面氮空位的氮化物可以激活N2。 近日，东京工业大学Hideo Hosono教授报道了负载镍的氮化镧(LaN)，由于双位点机制，避免了常见的比例关系，可以实现稳定和高效的合成氨。动力学和同位素标记实验以及密度泛函理论计算证实，在低形成能的LaN上产生氮空位，并有效地结合和激活N2。此外，负载在氮化物上的镍金属会使H2解离。使用不同的位点激活两种反应物，以及它们之间的协同作用，使得负载镍的LaN催化剂的活性远远超过传统的钴基和镍基催化剂，可与钌基催化剂相媲美。结果说明了在反应循环中使用空位的潜力，并介绍了氨合成催化剂的设计概念，使用自然丰富的元素。相关论文以题为“Vacancy-enabled N2 activation for ammonia synthesis on an Ni-loaded catalyst ”近日发表在Nature上。