氨，在生活中與我們的食衣住行息息相關，舉凡促進植物生長的肥料、食物的重要組成和化工原料，在工業上氨也作為製冷劑，同時也是許多化合物和藥物的重要成分。
每年工業界使用哈伯法反應製造了近160百萬噸的氨，且被利用於全球三分之一的肥料來源。然而，哈伯法制氨最大的問題是操作條件相當嚴苛，需要相當大的能量損耗。能想像嗎？哈伯法制氨每年消耗了全球1%的能源供應。
天然界中，卻有許多微生物可以在溫和的環境下，直接利用將空氣中的氮氣利用體內的固氮酶把氮氣轉化成氨，即自然界氮循環。
可是，如何從人工的方式把『溫和固氮』這件事用起來呢？這就成了科學界的幾大問題之一了。
近十年來，使用人工方法來模擬固氮酶開始逐漸有了進展。今天要首先介紹的是美國耶魯大學Patrick Holland教授課題組在2011年於Science報導了用β-雙烯酮亞胺鐵絡合物參與的氮氣還原反應。在這個反應中鐵中心和鉀離子共同作用，成功實現氮氮三鍵斷裂並協同在質子或者氫分子作用下生成氨。
Holland課題組合成了一種以3-甲基-2,4-戊二酮為骨架，以2,6-二甲基苯胺為氮上取代基的β-雙烯酮亞胺配體，其鐵絡合物1可以在還原劑KC8存在下，以多中心協同作用的方式使氮分子的氮氮三鍵完全斷裂生成特殊結構的四鐵絡合物2。前人也有過類似的工作，但是都只能弱化氮氮三鍵，而不能使其完全斷裂。
絡合物2的單晶結構表明，該絡合物以四個鐵中心兩個鉀離子與氮氣配位，其中兩個三價鐵中心與兩個氮原子相連，呈四配位；一個二價鐵中心與一個氮原子相連，呈三配位；最後一個二價鐵中心通過兩個氯原子穩定兩個鉀離子，這兩個鉀離子吸引其中一個氮原子的電子云，促使氮氮三鍵斷裂。
穆斯堡爾譜可見絡合物2含有兩個二價鐵中心和兩個三價鐵中心。變溫磁導率數據也證實上述結論。
隨後Holland課題組用2與質子酸反應，使用核磁檢測其中氯化銨含量，並搭配同位素標記法驗證，可知此絡合物能在還原劑和氫存在的環境下把氮氣生成氨；另一方面，他們也嘗試用2與氫氣反應，結果也能以較高產率成功製得氨。
此外，他們總結了1能斷裂氮氮三鍵的原因：還原過程中生成Fe(I)，低價金屬給電子作用很強以至於弱化氮氮三鍵；多中心協同作用；K+的促進作用。並且在2與氫氣反應過程中，三配位鐵原子可以促進氫氫鍵斷裂與氮原子反應。
從2011年這篇重要的研究工作開始，近年來也陸續能見到與固氮酶模擬相關的研究被報導。或許在不久的將來，我們真能見到科學家能用人工的方式模擬固氮菌，把空氣中的氮氣溫和轉化成氨，進而大大減低糧食問題呢？
該論文的作者為：Meghan M. Rodriguez, Eckhard Bill, William W. Brennessel, Patrick L. Holland
N2 Reduction and Hydrogenation to Ammonia by a Molecular Iron-Potassium Complex
Science, 2011, 334, 780.