Nature子刊：碱土亚胺负载催化剂的多反应途径高效合成氨

探索高效、低成本的合成氨催化剂需要反应途径的可调性，但由于比例关系的限制而还存在困难。基于此，上海交通大学叶天南教授、日本东京工业大学Hideo Hosono和Masaaki Kitano等人报道了碱土亚胺（AeNH）与过渡金属（TM=Fe、Co和Ni）催化剂结合，通过利用支撑表面上的活性缺陷和负载过渡金属协同作用来解决这一困难。

在400 ℃、0.9 MPa条件下，Co/SrNH的反应速率高达1686.7 mmol·g_Co^-1·h^-1，TOFs达到500 h^-1以上，优于其他已报道的Co基催化剂，也优于相同反应条件下的基准Cs-Ru/MgO催化剂和工业wüstite-基Fe催化剂。

通过DFT计算，作者研究了TMs/SrNH催化剂中TMs和NH^2-空位之间的协同作用。Bader电荷分析显示，三种TMs均带负电荷，即-0.08(Fe)、-0.14(Co)和-0.10(Ni)。含NH^2-空位的SrNH计算出的功函数（Ф_WF）比不含缺陷的SrNH的功函数要小，说明产生NH^2-空位进一步增强了SrNH的给电子能力。

因此，受限制的阴离子电子可以有效地捐赠给TMs，从而通过将电子反向捐赠给N₂的反键π*轨道来促进N₂的解离。

H₂处理后N峰归一化强度明显降低，表明表面NH²⁻与H*反应转化为NH₃。在H₂处理下，可以沿同一方向发现晶格Sr的六角形图案的畸变，与表面形成大量NH^2-空位相一致。

计算得到的E_V为Co/SrNH (1.59 eV) ＜ Ni/SrNH (1.75 eV) ＜ Fe/SrNH (1.84 eV) ＜ SrNH (1.92 eV)，表明在TM加载后NH^2-空位的形成更容易。结果表明，经过H₂处理后，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.