Overvloedig in de atmosfeer, stikstof wordt zelden gebruikt bij de industriële productie van chemicaliën. Het belangrijkste proces waarbij stikstof wordt gebruikt, is de synthese van ammoniak die wordt gebruikt voor de bereiding van landbouwmeststoffen.

Het gebruik van stikstof als grondstof ("grondstof") voor industrieel gebruik wordt bereikt door een reactie die bekend staat als stikstoffixatie. Bij deze reactie moleculaire stikstof (of distikstof-N ₂ ) wordt gesplitst in twee stikstofatomen die kunnen worden verbonden met andere elementen zoals waterstof of koolstof, waardoor stikstof kan worden opgeslagen als ammoniak of direct kan worden omgezet in hoogwaardige verbindingen.

Maar ammoniak is niet eenvoudig te maken op industrieel niveau; het hoofdproces, genaamd Haber-Bosch, gebruikt een op ijzer gebaseerde katalysator bij temperaturen rond 450 ° C en een druk van 300 bar - bijna 300 keer de druk op zeeniveau. Om het proces kosteneffectiever te maken, scheikundigen hebben zich gericht op de ontwikkeling van nieuwe systemen die stikstof kunnen omzetten in bruikbare verbindingen met behulp van milde, energiezuinige omstandigheden.

in 2017, het laboratorium van Marinella Mazzanti bij EPFL was in staat om moleculaire stikstof onder omgevingsomstandigheden om te zetten in ammoniak door een verbinding te synthetiseren die twee uranium(III)-ionen en drie kaliumcentra bevat die bij elkaar worden gehouden door een nitridegroep.

Nutsvoorzieningen, de groep, in samenwerking met andere EPFL-groepen, heeft aangetoond dat ze door de nitridebrug in het uraniumsysteem te vervangen door een oxobrug toch distikstof kunnen binden. In aanvulling, het gebonden distikstof kan onder omgevingsomstandigheden gemakkelijk worden gesplitst door koolmonoxide om cyanamide te maken, een verbinding die veel wordt gebruikt in de landbouw, geneesmiddelen, en verschillende organische verbindingen.

De reactiviteit van het oxo-gebrugde distikstofcomplex was opmerkelijk anders in vergelijking met het vorige nitridecomplex en de weinige andere stikstofcomplexen die in het veld bekend zijn. Dankzij computerstudies konden de wetenschappers deze verschillen in reactiviteit vervolgens relateren aan de binding in de uranium-oxo/-nitridebrug.

"Deze bevindingen geven belangrijk inzicht in de relatie tussen structuur en reactiviteit die zich zou moeten uitstrekken tot nitride- en oxidematerialen, ", zegt Marinella Mazzanti. "Bovendien, de implementatie van deze verbindingen in katalytische systemen zou uiteindelijk kunnen leiden tot een goedkopere toegang tot meststoffen."