以各种形式存在的双原子碳(C₂)展现了迷人的科学，架起了有机化学和无机化学、分子化学和晶体化学的桥梁。稀土二碳化物具有最简单的岩盐状晶体结构，其中包含 C₂ 单元，很少被研究用于催化。

有鉴于此，东京工业大学Hideo Hosono教授等人，介绍了在温和条件下用于合成氨 (NH₃) 的稀土二碳化物的 C₂ 空位上的 N₂ 活化。

本文要点

1）提出了一类催化剂，即载镍的稀土二碳化物（Ni/REC₂s），用于温和条件下的 NH₃ 合成反应。实验和理论均表明，H₂处理可以在CeC₂上产生C₂空位，而Ni的负载可以进一步促进C₂空位的形成，这得益于其优越的H₂活化特性。红外光谱研究证实N₂吸附在C₂空位上导致N₂的部分还原。

2）Ni/CeC₂ 的催化活性是测试的 Ni/REC₂ 中最高的。在NH₃合成温度下，Ni/CeC₂催化剂上吸附的氮物种与H₂发生反应，通过光谱分析确定其实体为CeC₂的C₂空位上的N₂和NHx。Ni/CeC₂的催化活性为3.4 mmol g^-1 h^-1，与最先进的CeN负载Ni (Ni/CeN)在0.1 MPa、400℃下的催化活性相当。

3）通过DFT计算阐明了催化机制，以揭示CeC₂和Ni之间的协同作用以及由C₂空位介导的NH₃合成催化循环的每个阶段。此外，进一步比较了 Ni/CeC₂ 和 Ni/CeN，以发现它们在 N₂ 吸附和 NH₃ 合成催化途径方面的差异。

参考文献：

Yiliguma et al. C₂ Vacancy-Mediated N₂ Activation over Ni-Loaded Rare-Earth Dicarbides for Ammonia Synthesis. ACS Catal., 2021.

DOI: 10.1021/acscatal.1c01646

https://doi.org/10.1021/acscatal.1c01646