哈伯-博世工藝通常用於通過在高壓和高溫下將氫氣（H2）和氮氣（N2）在催化劑上結合起來合成氨氣（NH3），這一反應是合成氮肥的基礎，是有助於提高農作物產量和提高全球糧食產量的最重要的科學突破之一。

然而，由於該過程的高溫和高壓要求，需要大量的化石燃料能源投入。這種方法所利用的氫氣來自天然氣（主要是甲烷）。這種氫氣生產過程消耗了大量的能源並排放了大量的二氧化碳。為了解決這些問題，研究人員已經創造了一些催化劑，以使反應在更溫和的情況下進行，利用可再生能源電解水產生的氫氣。其中的氮化物基催化劑含有活性金屬納米顆粒，如鎳和鈷（Ni, Co），並負載在氮化鑭（LaN）載體上。

合成氨的廉價、化學上持久的催化劑的信息圖圖像來源: Tokyo Tech

在這些催化劑中，載體和活性金屬都參與了NH3的形成。活性金屬分裂出H2，而LaN載體的晶體結構含有氮空位和氮原子，可以吸附和激活氮氣（N2）。雖然這些催化劑非常經濟（因為它們不需要昂貴的釕），但它們的催化性能在暴露於濕氣時受到影響，LaN支撐物會轉化為氫氧化鑭（La（OH）3）。

現在，在《Angewandte Chemie》上發表的一項新研究中，由日本東京工業大學（Tokyo Tech）的Hosono教授領導的來自中國和日本的研究人員已經開發出一種化學上穩定的催化劑，在潮濕的情況下也很穩定。他們從含有稀土金屬（在這種情況下是La）和金屬之間的化學鍵的穩定稀土化合物中獲得靈感，將鋁原子納入LaN結構，並合成了一種化學上穩定的La3AlN載體，其中含有La-Al鍵，防止鑭原子與水分發生反應。

La-Al-N支持物與活性金屬，例如鎳和鈷（Ni, Co）一起，能夠以類似於傳統金屬氮化物催化劑的速率生產NH3，並且在投入含水分的氮氣時也能夠保持穩定的生產。Hosono教授說：”鎳或鈷負載的La-Al-N催化劑在暴露於3.5%的水分後沒有顯示出明顯的降解。”

雖然鋁原子穩定了載體，但摻雜在載體中的晶格氮和氮缺陷使合成氨的方式與傳統的活性金屬/稀土金屬氮化物催化劑相似。”晶格氮以及La-Al-N中的氮空位在N2吸附中起著關鍵作用，La-Al-N支持物和活性金屬Ni分別負責N2和H2的吸收和活化，”Hosono教授解釋說。

哈伯-博什工藝是一種能源密集型的化學反應，佔全球每年二氧化碳排放量的1%左右。雖然正在研究其他環境友好型的NH3生產方法，但引入廉價的催化劑可以使該工藝在更溫和的條件下運行，從而提供更直接的益處。