Industriële productie van NH₃ wordt al meer dan 100 jaar uitgevoerd door het Haber-Bosch-proces, waarbij dissociatie van N₂ Aangenomen wordt dat grondstofmoleculen die worden bevorderd door een co-katalysator van een alkaliatoom, de snelheidsbeperkende stap zijn. De Haber-Bosch-synthese verbruikt 1% van het totale energieverbruik in de wereld en is goed voor 1,4% van de wereldwijde CO₂ uitstoot. Daarom zijn de inzichten op atomaire schaal in de K atom-N₂ molecuulinteracties op metaalsubstraten en in het bijzonder de alkalische atoompromotiechemie, heeft wereldwijde betekenis.

Onderzoekers van de Universiteit van Pittsburgh hebben samen met theoretische medewerkers van de Universiteit voor Wetenschap en Technologie van China de voorloper van de katalyse van Haber-Bosch op atomaire schaal onderzocht.

In onderzoeksartikel dat wordt gepubliceerd in Cell Reports Physical Science op 21 april 2022 waren de onderzoekers, onder leiding van Hrvoje Petek van de Universiteit van Pittsburgh, in staat om direct op atomaire schaal te observeren door middel van scanning tunneling microscopie de N₂ adsorptie, hun collectieve interacties en tunneling-elektron-geïnduceerde N₂ desorptieprocessen die verband houden met de alkalische bevordering van NH₃ synthese.

De dominante paarsgewijze interactie tussen de K en N₂ is een elektrostatische Coulomb-attractie met twee centra, waarbij ladingsoverdracht van K naar N₂ verzwakt de N₂ molecuulbinding naar zijn dissociatie in de Haber-Bosch-synthese. De K-N₂ interacties geïnterpreteerd door middel van dichtheidsfunctionaaltheorie zijn in overeenstemming met de experimentele waarnemingen.

De studies onthullen de primaire interacties, evenals het begin van gecorreleerde complexiteit die de alkali-atoompromotie van katalytische chemie definieert. + Verder verkennen

ESR-STM op afzonderlijke moleculen en op moleculen gebaseerde structuren