氨是目前最为重要的合成原料，工业上氨的合成通常需要经过Haber-Bosch过程（400~500 ℃, 100 bar）中才能实现，这是因为温和条件中该反应在动力学上无法进行。有鉴于此，国立蔚山科学技术院Jong-Beom Baek ，吉林大学蒋青、Zhiwen Chen，加拿大卡尔加里大学Samira Siahrostami等报道了一种在45 ℃和1 bar条件中，通过机械力学方法，基于购置的廉价Fe粉催化剂的合成氨，该方法能够实现82.5 vol %的氨产量，该结果比目前高性能催化剂的性能更高（450 ℃, 200 bar中的氨产量25 %）。在该反应中，通过铁粉作为催化剂，通过机械力在催化剂中引入高密度缺陷，同时在催化剂中产生暴力性的作用，是导致该反应能够在温和条件中进行的原因。高密度的缺陷增强了N₂分子切断速率，同时机械能作用有效的促进中间体物种的脱附。

本文要点：

（1）

催化反应机理。

该催化反应过程主要包括两个步骤：N₂切断、加氢。通过机械球磨处理，铁催化剂的表面上形成缺陷，这种缺陷对N₂分子切断非常有效；随后机械力作用为反应提供了能量，从而界面上强吸附状态的NH_x (x=0~2)中间体能够有效的脱附。该催化反应过程中，铁催化剂的粒径会改变，较大颗粒的铁催化剂破碎生成更小的颗粒，同时产生较多的缺陷。

（2）

催化剂表征。

N₂分子主要通过切断吸附在铁催化剂的界面，切断的吸附氮物种有三种：体相、界面、均相。通过XRD表征计算体相氮浓度为3.7 %，通过XPS计算界面上氮浓度为16.0 %，通过对氢化的氮浓度进行测试得到均相氮浓度9.4 %。

在催化反应结束后，铁催化剂恢复到活化铁粉状态，而且催化剂中没有氮存在，通过Mössbauer谱测试发现，催化剂的状态为α-Fe。说明催化过程中，催化剂中形成的氮中间体物种完全从催化剂中消除。

参考文献

Han, GF., Li, F., Chen, ZW. et al. Mechanochemistry for ammonia synthesis under mild conditions, Nat. Nanotechnol. (2020).

DOI: 10.1038/s41565-020-00809-9

https://www.nature.com/articles/s41565-020-00809-9