氨是生产肥料最重要的原料之一,也是潜在的能源载体。LaN 等
氮化物化合物由于其氮空位可以激活 N2 以合成
氨,因此最近引起了相当大的关注。在这里,我们提出了设计用于
氨合成的
氮化物基催化剂的一般规则,其中氮空位形成能 (ENV) 在催化性能中起主导作用。CeN 相对较低的 ENV(约 1.3 eV)意味着它可以在负载 Ni 时作为一种高效且稳定的催化剂。Ni/CeN的催化活性达到6.5 mmol·g-1·h-1,出
水NH3浓度(ENH3)为0.45 vol %,在400℃和0.1 MPa下达到热力学平衡(ENH3 = 0.45 vol %),从而避免了氮结合能极弱的 Ni
金属上 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。已经确定,CeN 本身可以在几乎相同的活化能下在不加载 Ni 的情况下产生
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