Как солнечный свет заряжает электроны, разрушая азот и образуя аммиак
Растения люцерны, арахиса и сои берут азот и водород из воздуха и превращают его в аммиак, который помогает растениям расти. Реакции с образованием аммиака приводятся в действие природными катализаторами, которые снижают энергию, необходимую для осуществления реакций. Вдохновленные этими катализаторами, ученые обнаружили, как солнечный свет может запустить функционализацию молекул азота. Они построили комплекс, который собирает солнечный свет. Добавленная энергия заставляет электроны сдвигаться и делает молекулы азота восприимчивыми к связыванию с водородом и, таким образом, к образованию аммиака.
Во всем мире фермеры нуждаются в обогащенных азотом удобрениях. Из-за этой потребности исследователи стремятся открыть высокоэффективное производство азотсодержащего аммиака . Здесь исследователи объясняют, как связывание азота комплексом изменяется, когда оно возбуждается солнечным светом. Полученная информация может привести к катализаторам, которые эффективно перемещают электроны для производства аммиака, используя меньше энергии. Кроме того, понимание может привести к катализаторам, которые используют возобновляемые источники водорода, а не природного газа .
Аммиак в удобрении жизненно важен для выращивания сельскохозяйственных культур. Производство аммиака для удобрений является энергоемким процессом, который требует природного газа для обеспечения необходимого водорода. Ученые уже давно пытаются синтезировать катализатор на основе металла, который может эффективно производить аммиак с минимальным углеродным следом, поскольку общеизвестно, что азот не реагирует. Цель состоит в разработке энергоэффективных процессов, которые откачивают аммиак с использованием водорода из возобновляемых источников. Теперь исследователи предлагают, как соединение на основе молибдена может эффективно использовать энергию солнечного света, чтобы сделать азот реактивным и восприимчивым к образованию необходимых связей для создания аммиака. Команда подготовила комплекс, который захватывает молекулу азота (динитрогена) и удерживает его между двумя атомами молибдена. Подобные цепочке молекулы, прикрепленные к металлическому центру, поглощают свет, особенно вближний инфракрасный и ультрафиолетовый диапазон. Через доли секунды, когда свет возбуждает комплекс и тем самым поставляет энергию для преобразования азота в аммиак, поглощающие свет молекулы вибрируют синхронно с азотом.
Предполагается, что это квантово-механическое соединение снижает реакционный барьер, что делает нереакционноспособную молекулу восприимчивой к связыванию с водородом. Знание того, как электроны движутся и взаимодействуют со структурой комплекса, может помочь ученым перевести эту работу на каталитическую функционализацию азота.
