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    Come la luce solare energizza gli elettroni per rompere l'azoto e formare ammoniaca

    Il disegno schematico mostra l'attivazione prospettica di una molecola di azoto (sfere blu) contenuta nel mezzo del catalizzatore. La luce viene raccolta (rosso) e gli elettroni migrano (frecce blu) per rendere infine l'azoto ricettivo al legame con l'idrogeno e potenzialmente alla formazione di ammoniaca, una parte vitale del fertilizzante commerciale. Credito:American Chemical Society

    Erba medica, arachidi, e le piante di soia assorbono azoto e idrogeno dall'aria e li trasformano in ammoniaca, che aiuta le piante a crescere. Le reazioni per produrre ammoniaca sono guidate da catalizzatori naturali, che abbassano l'energia necessaria per far accadere le reazioni. Ispirato da questi catalizzatori, gli scienziati hanno scoperto come la luce solare può dare il via alla funzionalizzazione delle molecole di azoto. Hanno costruito un complesso che raccoglie la luce del sole. L'energia aggiunta provoca lo spostamento degli elettroni e rende le molecole di azoto ricettive al legame con l'idrogeno e, così, sulla via della produzione di ammoniaca.

    In tutto il mondo, gli agricoltori hanno bisogno di fertilizzanti ricchi di azoto. A causa di questa esigenza, i ricercatori stanno cercando di sbloccare una produzione altamente efficiente di ammoniaca contenente azoto. Qui, i ricercatori spiegano come cambia il legame dell'azoto di un complesso quando viene eccitato dalla luce solare. Le intuizioni risultanti potrebbero portare a catalizzatori che spostano in modo efficiente gli elettroni per produrre ammoniaca utilizzando meno energia. Anche, le intuizioni potrebbero portare a catalizzatori che utilizzano fonti rinnovabili di idrogeno, invece del gas naturale.

    L'ammoniaca nei fertilizzanti è vitale per la crescita delle colture. La produzione di ammoniaca per i fertilizzanti è un processo che richiede energia e che richiede il gas naturale per fornire l'idrogeno necessario. Gli scienziati hanno lottato a lungo per sintetizzare un catalizzatore a base di metallo in grado di produrre in modo efficiente ammoniaca con un'impronta di carbonio minima perché l'azoto è notoriamente non reattivo. L'obiettivo è sviluppare processi efficienti dal punto di vista energetico che pompano l'ammoniaca utilizzando l'idrogeno da fonti rinnovabili. Ora, i ricercatori propongono come un composto a base di molibdeno possa utilizzare efficacemente l'energia della luce solare per rendere l'azoto reattivo e suscettibile di formare i legami necessari per creare ammoniaca. Il team ha preparato un complesso che afferra una molecola di azoto (azoto) e la tiene tra due atomi di molibdeno. Le molecole simili a fili attaccate al centro metallico assorbono la luce, in particolare nel campo dal vicino infrarosso all'ultravioletto. In una frazione di secondo, poiché la luce energizza il complesso, e quindi fornisce energia per convertire l'azoto in ammoniaca, le molecole che assorbono la luce vibrano in sincronia con l'azoto. Si ipotizza che questa connessione quantomeccanica abbassi la barriera di reazione, rendendo così la molecola non reattiva ricettiva al legame con l'idrogeno. Sapere come gli elettroni si muovono e interagiscono con la struttura del complesso potrebbe aiutare gli scienziati a tradurre questo lavoro nella funzionalizzazione catalitica dell'azoto.


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