氨作为重要的无机化工产品之一，为农业、工业、医疗等的发展提供了巨大的保障，在国民经济中占有重要地位。目前，传统大规模工业合成氨主要依赖Haber-Bosch（H-B）工艺，然而，H-B工艺因高温高压等严苛的操作条件，需消耗大量化石燃料，并且可导致严重的二氧化碳排放。因此，开发温和条件下高效的人工模拟生物固氮新型催化剂尤为迫切。
近日，贵州大学化学与化工学院朱纯/梁锦霞教授理论与计算化学课题组采用第一性原理计算和微观动力学模拟从理论上预测得到了具有高稳定性和高催化活性的MXene负载金属单团
催化剂（Ru3@Mo2CO2）。研究发现，与目前H-B过程中高温高压下直接打开N≡N不同，在表面Ru3团簇上N2可以在温和条件下直接加氢生成NNH中间体，这一反应机理与自然界的生物固氮过程相似。另外，在48 bar和700 K下，N2通过缔合路径在Ru3@Mo2CO2上转化为NH3的TOF高达1.45 × 10−2 s−1 site−1，其性能甚至超过了前人报道的Ru B5位点和Fe3/θ-Al2O3（010）SCC。该催化剂打破了Brønsted-Evans-Polanyi（BEP）标度关系的限制，在温和条件下可将N2高效地转化为NH3。这项工作对对温和条件下的具有原子精确活性位点的单团催化剂的实验研究具有重要的理论指导意义。
该工作以“Ru3@Mo2CO2 MXene Single-Cluster Catalyst for Highly Efficient N2-to-NH3 Conversion”为题发表在Top期刊《National Science Review》（SCI一区，影响因子16.3）。论文的第一作者为贵州大学化学与化工学院2021级硕士研究生张聪。
文章链接：https://doi.org/10.1093/nsr/nwae251
图文：梁锦霞
一审：王海燕
二审：吕梦岚
三审：杨 静
