Ученые разработали молекулу для более эффективного расщепления азотных связей

Азот – необходимый компонент для роста растений. Но традиционный способ превращения его в более «удобный» для употребления аммиак потребляет много энергии. Специалисты Университет Вюрцбурга хотят решить эту проблему с помощью бактерий.

Удобрения содержат большое количество азотных компонентов, традиционно синтезируемых с помощью процесса Хабера-Боша. Он разрушает связь в N₂, помогая получить аммиак, который и используют растения. Но процессу требуются высокие температуры и давления, отмечается в статье sciencedaily.com. Считается, что он потребляет 1% всей первичной энергии мира.

«Так что мы решили найти более простой способ расщепления азота, — объяснил профессор Хольгер Брауншвейг из Института неорганической химии Университета Вюрцбурга, Бавария. – Некоторые бактерии справляются с этой задачей при нормальном давлении и температуре. Они используют фермент нитрогеназу, ускоряющий реакции. С помощью переходных металлов железа и молибдена. Нам не удалось воссоздать энзим.  Мы решили искать альтернативную молекулу, не зависящую от переходных металлов».

Команда несколько лет изучала специфические соединения с бором, борилены. В результате были выбраны несколько потенциальных кандидатов в катализаторы.

Железо и молибден отдают электроны молекуле кислорода в процессе восстановления, вызывая разрыв связи атомов. Происходит это из-за высокой структурной совместимости участников реакции. У металлов и азота идеально совпадает пространственное расположение участков перехода электронов.

Основываясь на квантовых механических прогнозах, доктор Марк-Андре Легаре разработал и протестировал борилен с такими же характеристиками. Молекула успешно разделяла атомы азота при комнатной температуре и нормальном давлении.

«Мы впервые показали, что неметаллические соединения также подходят для этой реакции», — сказал специалист.

Результаты не означают отказ от процесса Хабера-Боша. Так, пока неизвестно, удастся ли отделить азот от борилена, не разрушив его. Этот шаг необходим для повторного использования катализатора. Но авторы уверены, что сделали важный шаг к созданию более энергоэффективного метода получения азотных соединений.

Проект представлен в Science.