目前工業(yè)氨合成主要是通過在高溫高壓反應條件下的Haber-Bosch工藝進行，該工藝消耗大量的能耗且對環(huán)境也造成巨大的危害。因此，設計具有高活性和低成本的催化劑被認為是在溫和條件下實現大規(guī)模制氨的關鍵?；诖?，北京交通大學王熙課題組使用密度泛函理論(DFT)計算和微動力學模型研究了稀金屬合金，以揭示它們對氨合成的催化性能。

實驗結果表明，N₂分子最初以端接構型吸附在SAA上，必須轉變?yōu)槎私訕嬓筒拍苓M行解離反應，并且根據中間體的位點偏好，SAA上的加氫反應可分為三種途徑。研究人員以*N原子的形成能作為活度描述符，根據線性標度關系，計算出所有其他中間體和過渡態(tài)的能量。利用微動力學模型中的比例關系，生成的活動火山圖表明Nb/Ag SAA在SAA中具有最高的氨合成活性。

為了打破SAA上獲得的原始比例關系所施加的限制并追求更高的性能，對二聚體合金進行了建模和研究：與SAAs相比，二聚體合金的氨合成活性顯著提高。最活躍的二聚體合金Mo₂/Ag，在工業(yè)條件下甚至比Ru更活躍。相比之下，對于*N-N過渡態(tài)形成能較低的二聚體合金，將SAA比例關系朝有利的方向修改能夠獲得更高的TOF，這意味著合金中的整體設計對氨合成活性改善的影響。更重要的是，這些活性稀合金催化劑在合成氨的反應條件下非常穩(wěn)定，在工業(yè)應用中具有很大的應用前景。

Understanding and Modifying the Scaling Relations for Ammonia Synthesis on Dilute Metal Alloys: From Single-Atom Alloys to Dimer Alloys. ACS Catalysis, 2022. DOI: 10.1021/acscatal.2c00745