Blålusern, jordnöt, och sojabönsväxter tar upp kväve och väte från luften och förvandlar det till ammoniak, som hjälper växterna att växa. Reaktionerna för att producera ammoniak drivs av naturliga katalysatorer, som sänker den energi som krävs för att reaktionerna ska kunna hända. Inspirerad av dessa katalysatorer, forskare upptäckte hur solljus kan starta funktionaliseringen av kvävemolekyler. De byggde ett komplex som skördar solljus. Den tillförda energin får elektroner att skifta och gör kvävemolekylerna mottagliga för bindning med väte och, Således, på vägen till att göra ammoniak.

Över hela världen, bönder behöver kväverikt gödselmedel. På grund av detta behov, forskare strävar efter att låsa upp högeffektiv produktion av kvävehaltig ammoniak. Här, forskare förklarar hur ett komplexs bindning av kväve förändras när det exciteras av solljus. De resulterande insikterna kan leda till katalysatorer som effektivt flyttar elektroner för att producera ammoniak med mindre energi. Också, insikterna kan leda till katalysatorer som använder förnybara vätekällor, snarare än naturgas.

Ammoniak i gödsel är avgörande för att odla grödor. Att producera ammoniak för gödning är en energikrävande process som kräver naturgas för att ge det nödvändiga vätet. Forskare har länge kämpat för att syntetisera en metallbaserad katalysator som effektivt kan producera ammoniak med ett minimalt koldioxidavtryck eftersom kväve är notoriskt icke-reaktivt. Målet är att utveckla energieffektiva processer som pumpar ut ammoniak med väte från förnybara källor. Nu, forskare föreslår hur en molybdenbaserad förening effektivt kan använda energi från solljus för att göra kväve reaktivt och mottagligt för att bilda de nödvändiga bindningarna för att skapa ammoniak. Teamet förberedde ett komplex som tar tag i en kvävemolekyl (kväve) och håller den mellan två molybdenatomer. Strängliknande molekyler fästa vid metallcentrum absorberar ljus, speciellt i området nära infrarött till ultraviolett. På en bråkdel av en sekund, eftersom ljus aktiverar komplexet – och därigenom tillför energi för att omvandla kväve till ammoniak – vibrerar de ljusabsorberande molekylerna synkront med kvävet. Denna kvantmekaniska anslutning antas sänka reaktionsbarriären, vilket gör den icke-reaktiva molekylen mottaglig för bindning med väte. Att veta hur elektronerna rör sig och interagerar med komplexets struktur kan hjälpa forskare att översätta detta arbete till katalytisk kvävefunktionalisering.