Luzerne, pinda, en sojaplanten halen stikstof en waterstof uit de lucht en zetten dit om in ammoniak, die de planten helpt groeien. De reacties om ammoniak te produceren worden aangedreven door natuurlijke katalysatoren, die de energie verlagen die nodig is om de reacties te laten plaatsvinden. Geïnspireerd door deze katalysatoren, wetenschappers ontdekten hoe zonlicht de functionalisering van stikstofmoleculen kan stimuleren. Ze bouwden een complex dat zonlicht oogst. De toegevoegde energie zorgt ervoor dat elektronen verschuiven en maakt de stikstofmoleculen ontvankelijk voor binding met waterstof en, dus, op weg naar het maken van ammoniak.

Wereldwijd, boeren hebben stikstofrijke mest nodig. Door deze behoefte, onderzoekers streven naar een zeer efficiënte productie van stikstofhoudende ammoniak. Hier, onderzoekers leggen uit hoe de binding van stikstof door een complex verandert als het wordt opgewonden door zonlicht. De resulterende inzichten kunnen leiden tot katalysatoren die elektronen efficiënt verplaatsen om ammoniak te produceren met minder energie. Ook, de inzichten kunnen leiden tot katalysatoren die gebruikmaken van hernieuwbare bronnen van waterstof, in plaats van aardgas.

Ammoniak in kunstmest is van vitaal belang voor het verbouwen van gewassen. Het produceren van ammoniak voor kunstmest is een energieverslindend proces waarbij aardgas nodig is om de benodigde waterstof te leveren. Wetenschappers hebben lang geworsteld om een ​​op metaal gebaseerde katalysator te synthetiseren die efficiënt ammoniak kan produceren met een minimale koolstofvoetafdruk, omdat stikstof notoir niet-reactief is. Het doel is om energie-efficiënte processen te ontwikkelen die ammoniak uitpompen met behulp van waterstof uit hernieuwbare bronnen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers stellen voor hoe een op molybdeen gebaseerde verbinding effectief energie uit zonlicht kan gebruiken om stikstof reactief en vatbaar te maken voor het vormen van de noodzakelijke bindingen om ammoniak te creëren. Het team bereidde een complex voor dat een stikstofmolecuul (distikstof) grijpt en tussen twee molybdeenatomen houdt. Strandachtige moleculen die aan het metalen centrum zijn bevestigd, absorberen licht, specifiek in het nabij-infrarood tot ultraviolet bereik. In een fractie van een seconde, terwijl licht het complex van energie voorziet - en daardoor energie levert om stikstof in ammoniak om te zetten - trillen de lichtabsorberende moleculen synchroon met de stikstof. Er wordt verondersteld dat deze kwantummechanische verbinding de reactiebarrière verlaagt, waardoor het niet-reactieve molecuul ontvankelijk wordt voor binding met waterstof. Weten hoe de elektronen bewegen en interageren met de structuur van het complex, zou wetenschappers kunnen helpen dit werk te vertalen naar katalytische stikstoffunctionalisering.