工业合成氨反应被誉为人类发展历程中最重要的发现之一，支撑了地球上超过一半的人口生存。然而自从人类首次实现工业固氮后，合成氨行业经历一百多年的发展，目前普遍应用的催化剂仍然是需要十分苛刻条件才能实现的Habor-Bosch过程，消耗大量能量的同时，也排放大量CO­₂，不利于能源与环境的可持续发展。虽然人们进行了大量的探索与努力，但在没有外界光/电条件或贵金属协同的情况下，温和条件下热催化合成氨仍然是难以实现的。

近日，南开大学程鹏教授、马建功教授，从加速产物脱附的角度，针对传统合成氨催化剂，将三种不同铁位点整合进同一催化体系，设计了一种铁基金属-有机框架(MIL-101(Fe))负载的四氧化三铁纳米颗粒催化材料，在100 ℃，1 MPa的条件下实现了对氮气、氢气的同时活化制氨。

四氧化三铁包含Fe^II、Fe^III两种铁位点，将合成的超细四氧化三铁颗粒均匀嵌入含有第三种Fe^III位点的MIL-101(Fe)中，构建了三重铁位点协同催化剂Fe₃O₄@MIL-101(Fe)。复合材料中存在电子转移从而优化电子结构，MIL-101(Fe)中的Fe位点能够活化四氧化三铁中的两种Fe位点。同时MIL-101(Fe)对于反应气体的吸附，提升催化活性中心的反应物浓度，降低反应所需能量，防止四氧化三铁颗粒团聚起到重要的作用。

原位拉曼表征证实了反应过程中氨的逐渐形成。原位XPS证明在四氧化三铁中的两种铁位点分别与氮气、氢气存在电子转移，从而实现对氮气、氢气的同时活化。DFT计算表明生成的产物更易于与MIL-101(Fe)中的Fe位点结合，从而暴露催化位点进行新的催化循环。在如此温和的温度和压力下，三重铁位点的设计在同时催化氮气-氢气活化生成氨中起到了重要的协同作用。这些发现为催化剂设计和充分利用传统丰富的矿物来满足可持续发展的愿景提供了新的策略和理论指导。