氨是生产化肥最重要的原料之一，也是潜在的能量载体。氮化化合物，如LaN，由于其氮空位可以活化氨合成中的N₂，近年来引起了广泛的关注。

有鉴于此，东京工业大学Hideo Hosono和Masaaki Kitano等人，提出了用于氨合成的氮化物基催化剂设计的一般规则，其中氮空位形成能（ENV）决定了催化性能。

本文要点

1）CeN的ENV值相对较低(约1.3 eV)，这意味着它在负载Ni时可以作为一种高效、稳定的催化剂。

2）Ni/CeN的催化活性达到6.5 mmol·g^-1·h^-1，排出的NH₃浓度(E_NH3)为0.45 vol %，在400℃、0.1 MPa时达到热力学平衡(E_NH3 = 0.45 vol %)，从而以极弱的氮结合能规避了在Ni金属上进行N₂活化的瓶颈。其活性远远超过其他钴基和镍基催化剂，甚至可与钌基催化剂相媲美。

3）结果表明，CeN本身可以在不添加Ni的情况下以几乎相同的活化能产生氨。动力学分析和同位素实验结合密度泛函理论(DFT)计算表明，CeN中的氮空位在反应过程中可以同时活化N₂和H₂，这说明该催化剂比其他报道的非负载氨合成催化剂具有更高的催化性能。

参考文献：

Tian-Nan Ye et al. Contribution of Nitrogen Vacancies to Ammonia Synthesis over Metal Nitride Catalysts. J. Am. Chem. Soc., 2020.

DOI: 10.1021/jacs.0c06624

https://doi.org/10.1021/jacs.0c06624