Stikstof is overvloedig aanwezig in de natuur en vormt de basis voor veel waardevolle producten, zowel natuurlijk als kunstmatig. Dit vereist een reactie die bekend staat als "stikstoffixatie", waarbij moleculaire stikstof wordt gesplitst in twee stikstofatomen die vervolgens kunnen worden verbonden met andere elementen zoals koolstof of waterstof. Maar het uitvoeren van stikstofbinding om ammoniak op industriële schaal te maken, vereist zware omstandigheden met zeer hoge temperatuur en druk. EPFL-wetenschappers hebben nu een op uranium gebaseerde verbinding ontwikkeld waarmee stikstofbinding onder omgevingsomstandigheden kan plaatsvinden. Het werk, gepubliceerd in Natuur , vormt een basis voor de ontwikkeling van efficiëntere katalysatoren, terwijl het nieuwe concepten belicht die kunnen worden uitgebreid tot metalen buiten uranium.

Ondanks dat het veel gebruikt wordt, Ammoniak is niet zo makkelijk te maken. De belangrijkste methode voor het produceren van ammoniak op industrieel niveau is tegenwoordig het Haber-Bosch-proces, die een op ijzer gebaseerde katalysator en temperaturen rond 450 . gebruikt ^O C en een druk van 300 bar - bijna 300 keer de druk op zeeniveau.

De reden is dat moleculaire stikstof, zoals die in de lucht wordt aangetroffen, niet zo gemakkelijk reageert met andere elementen. Dit maakt stikstofbinding een flinke uitdaging. In de tussentijd, talrijke micro-organismen hebben zich aangepast om stikstoffixatie uit te voeren onder normale omstandigheden en binnen de fragiele grenzen van een cel. Dit doen ze door enzymen te gebruiken waarvan de biochemie chemici heeft geïnspireerd voor toepassingen in de industrie.

Het laboratorium van Marinella Mazzanti bij EPFL heeft een complex gesynthetiseerd dat twee uranium(III)-ionen en drie kaliumcentra bevat, bij elkaar gehouden door een nitridegroep en een flexibel metalloligandraamwerk. Dit systeem kan stikstof binden en in tweeën splitsen in omgevings-, milde omstandigheden door waterstof en/of protonen of koolmonoxide toe te voegen aan het resulterende stikstofcomplex. Als resultaat, de moleculaire stikstof wordt gesplitst, en bindt van nature met waterstof en koolstof.

De studie bewijst dat een moleculair uraniumcomplex moleculaire stikstof kan omzetten in verbindingen met toegevoegde waarde zonder dat de barre omstandigheden van het Haber-Bosch-proces nodig zijn. Het opent ook de deur voor de synthese van stikstofverbindingen die verder gaan dan ammoniak, en vormt de basis voor de ontwikkeling van katalytische processen voor de productie van stikstofhoudende organische moleculen uit moleculaire stikstof.