常温下氮气高能三键的活化是合成氨的最大瓶颈。近日，苏州大学钱涛副研究员报道了通过在催化剂中引入钴单团簇作为强供电子助剂，将氨合成的速率控制步骤改为随后的质子加成，从而成功地克服了N₂解离的障碍。

文章要点

1）在环境条件下，同时获得了较高的法拉第效率（52.9%）和较高的氨产率（76.2μg h^-1 mg _cat ^-1）。通过同位素标记实验和对照实验相结合，证实了NH₃的生成全部来自于N₂的电化学还原。同时，催化剂足够稳定，可以连续电解循环，NRR活性和选择性的衰减可以忽略不计。

2）密度泛函理论(DFT)计算表明，氮气在钴单原子簇上的活化转变为一个强热力学放热过程，不再是合成氨的速率控制步骤。相反，在整个固氮过程中，NHx的形成只存在很小的能量势垒。

3）先进的取样分子动力学模拟（MD）表明，N₂向活性中心靠近的无障碍过程极大地促进了传质。

该研究工作表明，通过有效地改变氮气还原的速率决定步骤，可以获得优异的NRR性能，从而为今后的催化剂设计提供有力的指导。

Sisi Liu, et al, Altering the rate-determining step over cobalt single clusters leading to highly efficient ammonia synthesis, National Science Review, , nwaa136

DOI：10.1093/nsr/nwaa136

https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa136