En uranbaseret forbindelse forbedrer fremstillingen af ​​nitrogenprodukter

Kvælstof er rigeligt tilgængelig i naturen og danner grundlag for mange værdifulde produkter, både naturligt og kunstigt. Dette kræver en reaktion kendt som "nitrogenfiksering", hvorved molekylært nitrogen opdeles i to nitrogenatomer, der derefter kan forbindes med andre grundstoffer som kulstof eller hydrogen. Men at udføre nitrogenfiksering til fremstilling af ammoniak i industriel skala kræver hårde forhold med meget høj temperatur og tryk. EPFL-forskere har nu udviklet en uranbaseret forbindelse, der tillader nitrogenfiksering at finde sted under omgivende forhold. Arbejdet, udgivet i Natur , danner grundlag for udviklingen af ​​mere effektive katalysatorer, mens det fremhæver nye koncepter, der kan udvides til metaller ud over uran.

På trods af at den er meget udbredt, ammoniak er ikke så let at lave. Hovedmetoden til fremstilling af ammoniak på et industrielt niveau i dag er Haber-Bosch-processen, som bruger en jernbaseret katalysator og temperaturer omkring 450 ^o C og tryk på 300 bar - næsten 300 gange trykket ved havets overflade.

Årsagen er, at molekylært nitrogen - som det findes i luften - ikke reagerer særlig let med andre elementer. Dette gør nitrogenfiksering til en betydelig udfordring. I mellemtiden, talrige mikroorganismer har tilpasset sig til at udføre nitrogenfiksering under normale forhold og inden for en celles skrøbelige rammer. De gør dette ved at bruge enzymer, hvis biokemi har inspireret kemikere til applikationer i industrien.

Marinella Mazzantis laboratorium ved EPFL syntetiserede et kompleks indeholdende to uran (III) ioner og tre kaliumcentre, holdt sammen af ​​en nitridgruppe og en fleksibel metalloligandramme. Dette system kan binde nitrogen og dele det i to i omgivelserne, milde betingelser ved tilsætning af hydrogen og/eller protoner eller carbonmonoxid til det resulterende nitrogenkompleks. Som resultat, molekylært nitrogen spaltes, og binder naturligt med hydrogen og kulstof.

Undersøgelsen viser, at et molekylært urankompleks kan omdanne molekylært nitrogen til værditilvækstforbindelser uden behov for de barske forhold i Haber-Bosch-processen. Det åbner også døren for syntese af nitrogenforbindelser ud over ammoniak, og danner grundlag for udvikling af katalytiske processer til produktion af nitrogenholdige organiske molekyler ud fra molekylært nitrogen.