北交大王熙ACS Catal.: 理论计算+模型研究！理解和修改稀金属合金合成氨的比例关系

目前工业氨合成主要是通过在高温高压反应条件下的Haber-Bosch工艺进行，该工艺消耗大量的能耗且对环境也造成巨大的危害。因此，设计具有高活性和低成本的催化剂被认为是在温和条件下实现大规模制氨的关键。基于此，北京交通大学王熙课题组使用密度泛函理论(DFT)计算和微动力学模型研究了稀金属合金，以揭示它们对氨合成的催化性能。

实验结果表明，N₂分子最初以端接构型吸附在SAA上，必须转变为端接构型才能进行解离反应，并且根据中间体的位点偏好，SAA上的加氢反应可分为三种途径。研究人员以*N原子的形成能作为活度描述符，根据线性标度关系，计算出所有其他中间体和过渡态的能量。利用微动力学模型中的比例关系，生成的活动火山图表明Nb/Ag SAA在SAA中具有最高的氨合成活性。

为了打破SAA上获得的原始比例关系所施加的限制并追求更高的性能，对二聚体合金进行了建模和研究：与SAAs相比，二聚体合金的氨合成活性显著提高。最活跃的二聚体合金Mo₂/Ag，在工业条件下甚至比Ru更活跃。相比之下，对于*N-N过渡态形成能较低的二聚体合金，将SAA比例关系朝有利的方向修改能够获得更高的TOF，这意味着合金中的整体设计对氨合成活性改善的影响。更重要的是，这些活性稀合金催化剂在合成氨的反应条件下非常稳定，在工业应用中具有很大的应用前景。

Understanding and Modifying the Scaling Relations for Ammonia Synthesis on Dilute Metal Alloys: From Single-Atom Alloys to Dimer Alloys. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c00745