目前以大气中氮气（N₂）为原料合成氨（NH₃）的方法主要有两个，一个是自然界的固氮菌的固氮酶（nitrogenase）过程，一个是有着百年历史的哈伯法（Haber-Bösch process）。固氮酶比较“娇贵”，提取和保持其稳定都不容易，很难用于工业大规模生产；哈伯法需要高温和高压，耗能大排放多。近来也有利用纳米材料和固氮酶配合进行光能固氮的研究（Science, 2016, 352, 448-450, DOI: 10.1126/science.aaf209），也处于实验室的摸索阶段，固氮酶的提取和稳定性也还是问题。 

　　最近，美国西北大学的Mercouri G. Kanatzidis和George C. Schatz等人在《PNAS》上报道了一种绿色的化学固氮方法，有希望在将来代替哈伯法。他们向固氮酶（示意图如下图A）学习，利用酶中拆开氮氮三键的铁-硫团簇（Fe₄S₄）结构单元，设计了一种光驱动催化剂（示意图如下图B），能够在常温常压下在水中将氮气转化成氨。（Nitrogenase-mimic iron-containing chalcogels for photochemical reduction of dinitrogen to ammonia. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2016, DOI: 10.1073/pnas.1605512113） 

　　研究人员先合成了Fe₄S₄团簇，随后与[Sn₂S₆]^4-阴离子相连，形成泡沫状硫属凝胶（chalcogel）。这种黑色材料吸收可见光，并使用光能来打开化学上最强的键之一——氮气的氮氮三键，氮原子随后与来源于水的氢结合生成氨。 

　　FeMoS-FeS-SnS硫属凝胶的示意图（a）、照片（b）、SEM图像（c）和TEM图像（d） 

　　与之前的工作所报道的Fe-Mo-S无机团簇相比（J. Am. Chem. Soc., 2015, 137, 2030-2034），Kanatzidis等人惊讶的发现，这次工作设计的不含Mo元素的Fe-S团簇具有更高的氮气还原活性（下图C），也就是说在这种催化剂中Mo元素可能并不是氮气还原所必须的。 

　　相关阅读：ACS《化学化工新闻》周刊报道（英文） 

　　（摘自 X-MOL化学平台）