Fe基固氮酶是一种大气环境合成氨有希望的催化剂，但是Fe基固氮酶的催化效率较低，由于HER产氢反应的竞争和催化剂的快速失活。为了这种不想要的过程免于发生，匈牙利布达佩斯技术与经济大学Julianna Olah、阿拉巴马大学Tibor Szilvási等通过DFT方法研究了三膦硅烷基Fe催化剂的HER催化反应的潜在反应，催化剂失活过程，N₂还原反应。

本文要点：

（1）

结果显示对于HER催化反应中，从酸和还原剂的反应开始，能够有效的进行HER催化反应，并结合到Fe复合物分子催化剂的空位上，因此对于目标N₂还原反应，H₂、N₂结合到催化剂上是竞争过程，并且生成的Fe-H₂复合物在质子化后能够释放两分子H₂。该催化反应过程的机可以称为自催化析氢反应aHER（autocatalytic hydrogen evolution reaction），该过程是催化剂失活的原因，因为aHER催化中间体能转化为热力学稳定的Fe一元氢化物。

（2）

以上结果说明，Fe固氮酶催化剂的性能改善应该从以下几点出发：1. 通过合适的配体修饰Fe催化剂，避免生成Fe-H₂中间体 2. 通过对催化反应体系调控，抑制非催化过程生成H₂的过程 3. 通过流动相、半流动相反应器替换批次反应器，控制质子、电子的量在合适的范围内。

参考文献

Zsolt Benedek, Marcell Papp, Julianna Olah*, and Tibor Szilvási*

Demonstrating the Direct Relationship between Hydrogen Evolution Reaction and Catalyst Deactivation in Synthetic Fe Nitrogenases, ACS Catal. 2020

DOI: 10.1021/acscatal.0c02315

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscatal.0c02315