目前工业氨合成反应主要是以在高温高压条件下的Haber-Bosch过程进行，该过程不仅消耗大量的能量且会产生大量的温室气体。基于此，催化剂的设计被认为是实现温和条件下实现大规模制氨的关键。天津大学精准催化与工业化学课题组使用密度泛函理论计算和微动力学模拟，研究了一系列稀合金，以揭示它们对氨合成反应的催化性能。

计算结果表明，N₂分子最初以端接构型吸附在SAA（单原子合金）上，必须转变为侧接构型才能进行解离反应，并且根据中间体的吸附位点，SAA上的*N加氢反应可分为三种途径。研究者以*N原子的形成能作为描述符，根据标度关系，给出了所有其他中间体和过渡态的能量。微动力学模拟所生成的火山图表明，Nb/Ag SAA在SAA催化剂中具有最高的氨合成活性。

为了打破SAA上获得的原有标度关系的限制并追求更高的催化性能，研究者对二聚体合金进行了建模和研究：与SAA催化剂相比，二聚体合金的氨合成活性显著提高。活性最高的Mo₂/Ag 二聚体合金在工业条件下甚至比商用Ru催化剂更活泼。

对于具有更低*N-N过渡态形成能的二聚体合金，按照将SAA上的标度关系朝催化活性更高的方向修改以获得更高的TOF（转换频率），这意味着稀合金中的整体设计对氨合成活性的改善。更重要的是，这些活性稀合金催化剂在工业反应条件下的模拟中显示出了足够的稳定性，具有应用前景。

论文以“Understanding and Modifying the Scaling Relations for Ammonia Synthesis on Dilute Metal Alloys: From Single-Atom Alloys to Dimer Alloys”为题，在催化TOP期刊ACS Catalysis上发表，并以Front Cover的形式被报道，分子+研究院2020级硕士生张祎宁为本文第一作者。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.2c00745