氨是一種氣味強烈、無色的氣體，已成為農(nóng)業(yè)和制藥公司必不可少的化學品，每年生產(chǎn)和消費約2億噸。Haber-Bosch工藝是目前可用于氨工業(yè)生產(chǎn)的唯一選擇，但它所需的高溫和高壓會導致高能耗和CO2排放率。因此，研究人員一直在尋找新的節(jié)能環(huán)保合成氨方法。氮氣是一種無色無味的氣體，約占地球大氣的78%，電催化還原被證明是一種很有前途的方法。

在科愛期刊《綠色能源與環(huán)境》上發(fā)表的一項研究中，研究人員篩選了數(shù)十種單原子和雙原子催化劑，以期為二氮還原過程找到一種新的、更綠色的選擇。研究作者周強，目前是一名博士。東京大學機械工程系的學生解釋說：“催化劑設計是成功電催化二氮還原的最關鍵因素。我們知道多相催化劑，即多相催化劑，具有最高的氨產(chǎn)率，但我們想找出原因，然后利用這些知識來確定新的、更有效的電催化選擇。”

Zhou和他的同事使用密度泛函理論(DFT)，這是一種計算量子力學建模方法，用于研究原子和分子等系統(tǒng)的電子結構。據(jù)周說，“它被廣泛用于設計新型催化劑、支持實驗結果和研究催化機理。我們知道，DFT模擬不僅可以幫助我們了解哪些催化劑效果好，而且知道它們?yōu)槭裁葱Ч?。而且將幫助我們更好地了解反應過程并設計更好的催化劑。”

利用DFT計算，研究團隊系統(tǒng)篩選和比較了數(shù)十種單原子催化劑。這為他們制定了設計雙原子(非均相)催化劑的一般策略提供了重要信息。他們發(fā)現(xiàn)使用鐵和鉬混合物的雙原子方法在激活二氮方面最有效。

領導該研究的中國東南大學研究員馮鞏博士表示，這一發(fā)現(xiàn)有可能對多相催化領域產(chǎn)生巨大影響。他補充說：“我們希望它能為未來雙原子催化劑的實驗合成提供一些指導，并鼓勵科學家繼續(xù)探索催化反應的機制。”