Ammoniac (NH3) est vital pour l'agriculture, car c'est la base des engrais qui sont nécessaires pour nourrir la population mondiale. Actuellement, l'ammoniac est principalement produit par le procédé Haber-Bosch, qui transforme l'azote gazeux (n2) de l'air en ammoniac. Le problème est que ce processus nécessite d'énormes quantités d'énergie tout en générant des émissions de gaz importantes.
Les scientifiques ont longtemps recherché des moyens plus efficaces et respectueux de l'environnement de produire de l'ammoniac. La nature le fait efficacement par le biais d'enzymes appelées nitrogénases, mais reproduire ces processus biologiques à l'échelle industrielle s'est révélé difficile.
« Tous les catalyseurs moléculaires développés jusqu'à présent attachent généralement des molécules d'azote – qui sont composées de deux atomes d'azote liés ensemble – à un seul centre de métal dans un arrangement linéaire et de bout en bout.
« En revanche, la nature utilise une approche multimétallique, où les molécules d'azote se lient à plus d'un métal. Il a été proposé que l'azote se lie de manière » côté « , ce qui signifie que les deux atomes d'azote se lient à deux métaux, ce qui facilite la rupture de leurs liaisons fortes. »
Inspiré par la nature
Maintenant, une équipe dirigée par Mazzanti a développé le premier catalyseur moléculaire d'uranium qui peut se lier à l'azote gazeux d'une manière « Side-On » similaire et la convertir en ammoniac.
Le travail, apparaissant dans Chimie de la naturerévèle une nouvelle voie catalytique, pontant l'efficacité biologique et la faisabilité industrielle et l'ouverture des portes pour des méthodes de production d'ammoniac plus durables.
Les scientifiques ont construit une molécule spéciale utilisant de l'uranium combiné à un ligand triamidoamine, produisant un complexe moléculaire qui peut contenir de l'azote (n2) sur le côté.
Ils ont ensuite progressivement réduit l'azote gazeux en ajoutant des électrons étape par étape, brisant la liaison puissante entre les deux atomes d'azote du gaz.
Les chercheurs ont soigneusement étudié et isolé divers stades de ce processus de réduction, créant des molécules intermédiaires (formes d'azote comme n22-N23-et n24-) jusqu'à diviser complètement de l'azote en deux ions de nitrure séparés (n3-).
Une façon différente de faire de l'ammoniac différemment
Leurs expériences ont montré que le complexe d'uranium pouvait fonctionner à plusieurs reprises dans un cycle, transformant efficacement l'azote gazeux en ammoniac plusieurs fois; Plus précisément, jusqu'à 8,8 équivalents d'ammoniac par catalyseur d'uranium. Cela a démontré pour la première fois que la liaison à l'azote latérale – un mode de liaison probablement dans les enzymes de la nature – peut fournir une voie viable pour produire de l'ammoniac.
Le catalyseur clarifie les étapes précédemment inconnues dans la chimie de la conversion de l'azote et montre que l'uranium, historiquement parmi les premiers métaux utilisés industriels pour fabriquer de l'ammoniac, détient toujours un potentiel inexploité.
Cette découverte fournit des informations cruciales sur la chimie de l'azote et montre comment les systèmes à base d'uranium peuvent offrir de nouvelles voies pour les futures technologies de production d'ammoniac.
