Kväve är rikligt tillgängligt i naturen och utgör grunden för många värdefulla produkter, både naturligt och konstgjort. Detta kräver en reaktion som kallas "kvävefixering", varigenom molekylärt kväve delas upp i två kväveatomer som sedan kan anslutas till andra element som kol eller väte. Men att utföra kvävefixering för att göra ammoniak i industriell skala kräver hårda förhållanden med mycket hög temperatur och tryck. EPFL-forskare har nu utvecklat en uranbaserad förening som gör att kvävefixering kan ske under omgivande förhållanden. Arbetet, publicerad i Natur , utgör en grund för utvecklingen av effektivare katalysatorer, medan den belyser nya koncept som kan expanderas till metaller bortom uran.

Trots att den används flitigt, ammoniak är inte så lätt att göra. Huvudmetoden för att producera ammoniak på industriell nivå idag är Haber-Bosch-processen, som använder en järnbaserad katalysator och temperaturer runt 450 ^o C och ett tryck på 300 bar - nästan 300 gånger trycket vid havsnivån.

Anledningen är att molekylärt kväve - som finns i luften - inte reagerar särskilt lätt med andra element. Detta gör kvävefixering till en stor utmaning. Under tiden, många mikroorganismer har anpassat sig för att utföra kvävefixering under normala förhållanden och inom de bräckliga gränserna för en cell. De gör detta genom att använda enzymer vars biokemi har inspirerat kemister för tillämpningar inom industrin.

Labbet av Marinella Mazzanti vid EPFL syntetiserade ett komplex innehållande två uran (III) joner och tre kaliumcentra, hålls samman av en nitridgrupp och en flexibel metalloligandram. Detta system kan binda kväve och dela det i två i omgivning, milda förhållanden genom tillsats av väte och/eller protoner eller kolmonoxid till det resulterande kvävekomplexet. Som ett resultat, molekylärt kväve klyvs, och binder naturligt med väte och kol.

Studien visar att ett molekylärt urankomplex kan omvandla molekylärt kväve till förädlingsvärda föreningar utan att det behövs de hårda förhållandena i Haber-Bosch-processen. Det öppnar också dörren för syntesen av kväveföreningar bortom ammoniak, och utgör grunden för att utveckla katalytiska processer för produktion av kvävehaltiga organiska molekyler från molekylärt kväve.