Para peneliti telah menciptakan katalis uranium yang mengubah gas nitrogen menjadi amonia menggunakan metode pengikatan yang unik, berpotensi menawarkan wawasan tentang produksi pupuk yang lebih berkelanjutan.
Amonia (NH3) sangat penting untuk pertanian, karena merupakan dasar bagi pupuk yang diperlukan untuk memberi makan populasi dunia. Saat ini, amonia sebagian besar diproduksi oleh proses haber-bosch, yang mengubah gas nitrogen (N2) dari udara menjadi amonia. Masalahnya adalah proses ini membutuhkan energi dalam jumlah besar sambil menghasilkan emisi gas yang signifikan.
Para ilmuwan telah lama mencari cara yang lebih efisien dan ramah lingkungan untuk menghasilkan amonia. Alam melakukan hal ini secara efisien melalui enzim yang disebut nitrogenase, tetapi mereplikasi proses biologis ini pada skala industri telah terbukti menantang.
“All molecular catalysts developed so far typically attach nitrogen molecules – which are composed of two nitrogen atoms bonded together – to a single metal center in a linear, 'end-on' arrangement. It means that one nitrogen molecule binds only one metal, via one of its two atoms,” says Professor Marinella Mazzanti at EPFL. “Sebaliknya, alam menggunakan pendekatan multimetal, di mana molekul nitrogen berikatan dengan lebih dari satu logam. Telah diusulkan bahwa nitrogen mengikat di sisi 'di jalan', yang berarti kedua atom nitrogen mengikat dua logam, membuatnya lebih mudah untuk memecahkan ikatan yang kuat.”
Terinspirasi oleh alam
Sekarang, tim yang dipimpin oleh Mazzanti telah mengembangkan katalis uranium molekul pertama yang dapat mengikat gas nitrogen dengan cara “sisi-on” yang sama dan mengubahnya menjadi amonia. Pekerjaan ini mengungkapkan jalur katalitik baru, menjembatani efisiensi biologis dan kelayakan industri, dan membuka pintu untuk metode produksi amonia yang lebih berkelanjutan.
Para ilmuwan membangun molekul khusus menggunakan uranium yang dikombinasikan dengan ligan triamidoamine, menghasilkan kompleks molekul yang dapat menampung gas nitrogen (N2) ke samping. Mereka kemudian secara progresif mengurangi gas nitrogen dengan menambahkan elektron langkah demi langkah, memecah ikatan yang kuat antara dua atom nitrogen gas. Para peneliti dengan hati -hati mempelajari dan mengisolasi berbagai tahap proses reduksi ini, menciptakan molekul menengah (bentuk nitrogen seperti N2² ', N2³', dan N24?) Sampai akhirnya membelah nitrogen sepenuhnya menjadi dua ion nitrida yang terpisah (N³?).
Cara berbeda untuk membuat amonia berbeda
Eksperimen mereka menunjukkan kompleks uranium dapat berulang kali dalam siklus, secara efektif mengubah gas nitrogen menjadi amonia beberapa kali; Secara khusus, hingga 8,8 setara amonia per katalis uranium. Ini menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa pengikatan nitrogen sisi-pada kemungkinan mode pengikatan di enzim-enzim-nature-can menyediakan rute yang layak untuk memproduksi amonia.
Katalis memperjelas langkah -langkah yang sebelumnya tidak diketahui dalam kimia konversi nitrogen dan menunjukkan bahwa uranium, secara historis di antara logam pertama digunakan secara industri untuk membuat amonia, masih memiliki potensi yang belum dimanfaatkan.
Penemuan ini memberikan wawasan penting tentang kimia nitrogen dan menunjukkan bagaimana sistem berbasis uranium dapat menawarkan jalan baru untuk teknologi produksi amonia di masa depan.
Referensi
Mikhail S. Batov, Heather T. Partlow, Lucile Chatelain, John A. Seed, Rosario Scopelliti, Ivica Zivkovic, Ralph W. Adams, Stephen T. Liddle, Marinella Mazzanti. Konversi bertahap katalitik dan stoikiometrik dari di-nitrogen terikat samping menjadi amonia yang dimediasi oleh kompleks uranium. Kimia Alam 16 Juli 2025. DOI: 10.1038/S41557-025-01867-Z
