研究人员发现，钙在氨的催化生产方面优于铬。三个不起眼的钙原子共同努力，打破了已知最强的化学键之一。这些原子构成了催化剂的关键部分，可以裂解三键氮分子(N2)，这是合成氨肥料制造中的一个重要步骤。这一发现可能会激发制造肥料和其他基本化学品的新的、更环保的方法。

共同领导这项工作的阿卜杜拉国王科技大学无机材料化学家小林洋司(YojiKobayashi)表示，钙催化氮生产氨的能力非常出乎意料。目前工业氨生产是使用铁催化剂进行的，但该过程需要高反应温度和压力，这促使人们寻找替代品。

小林说：“众所周知，传统的氨合成催化剂在基于钌、铁或钴时效果良好，而与其他早期过渡金属化合物(例如铬)时效果极差。”但在过去的几年里，小林和其他一些小组发现了几种更有效的基于钛、钒和铬的氢化物催化剂，重新激发了对新型氨催化剂的探索。

小林和他的团队最近发现了一种新的氮化铬氢化物材料(碰巧也含有钙)，并表明它可以用作氨合成催化剂。因此，他们决定结合实验和计算方法，更深入地研究催化剂的机制。

“对于计算化学，我们与KAUST催化中心的LuigiCavallo团队合作，”Kobayashi说。他补充道，这种催化剂的化学式为Ca3CrN3H，结构相当复杂。“有许多可能的反应位点，必须检查每一个反应位点，看看氮转化为氨是否可行。”

小林说，分析结果非常令人惊讶。“真正出乎意料的是钙的作用，”他说。“N2与催化剂表面的三个钙原子结合，然后氢化成氨，”他说。铬原子被认为是作用的中心，但它在激活N2分子转化为氨方面没有直接作用。

尽管该氨合成催化剂的活性相对较低，但它为催化剂材料探索开辟了新的研究方向，远离长期以来被认为对该反应至关重要的过渡金属元素。“我们可以检查许多其他具有类似原子排列的无机结构，”小林说。“我们的研究表明，只要有一点创造力，好的催化剂材料的范围总是可以扩大的，”他补充道。

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