Il composto di uranio osso-ponte cattura il diazoto e converte il diazoto e il monossido di carbonio in cianammide. Crediti:Marta Falcone/Marinella Mazzanti/EPFL
Abbondante nell'atmosfera, l'azoto è usato raramente nella produzione industriale di prodotti chimici. Il processo più importante che utilizza l'azoto è la sintesi dell'ammoniaca utilizzata per la preparazione dei fertilizzanti agricoli.
L'uso dell'azoto come materia prima ("materia prima") per l'uso industriale si ottiene mediante una reazione nota come fissazione dell'azoto. In questa reazione, azoto molecolare (o diazoto—N 2 ) si scinde in due atomi di azoto che possono essere collegati ad altri elementi come l'idrogeno o il carbonio, consentendo l'immagazzinamento dell'azoto come ammoniaca o la conversione diretta in composti di maggior valore.
Ma l'ammoniaca non è facile da produrre a livello industriale; il processo principale, chiamato Haber-Bosch, utilizza un catalizzatore a base di ferro a temperature intorno ai 450 gradi C e pressioni di 300 bar, quasi 300 volte la pressione a livello del mare. Per rendere il processo più conveniente, i chimici si sono concentrati sullo sviluppo di nuovi sistemi in grado di trasformare l'azoto in composti utili utilizzando condizioni blande a bassa energia.
Nel 2017, il laboratorio di Marinella Mazzanti all'EPFL è stato in grado di convertire l'azoto molecolare in ammoniaca in condizioni ambientali sintetizzando un composto contenente due ioni uranio(III) e tre centri di potassio tenuti insieme da un gruppo nitruro.
Ora, il gruppo, in collaborazione con altri gruppi EPFL, ha dimostrato che sostituendo il ponte di nitruro nel sistema dell'uranio con un ponte di osso possono ancora legare il diazoto. Inoltre, il diazoto legato può essere facilmente scisso in condizioni ambientali dal monossido di carbonio per produrre cianammide, un composto ampiamente utilizzato in agricoltura, prodotti farmaceutici, e vari composti organici.
La reattività del complesso di diazoto a ponte osso era notevolmente diversa rispetto al precedente complesso di nitruro e ai pochi altri complessi di azoto conosciuti nel campo. Gli studi computazionali hanno poi permesso agli scienziati di mettere in relazione queste differenze di reattività con il legame nel ponte uranio-osso/nitruro.
"Questi risultati forniscono importanti informazioni sulla relazione tra struttura e reattività che dovrebbe estendersi ai materiali di nitruro e ossido, "dice Marinella Mazzanti. "Inoltre, l'implementazione di questi composti nei sistemi catalitici potrebbe in definitiva portare a un accesso a costi inferiori ai fertilizzanti".
