Ведомый при свете, новый метод предлагает обещание для более безвредного для окружающей среды удобрения. (Аммиак – критический компонент в удобрении.)«Это – реакция грандиозного предприятия, превращая азот в аммиак под внешними условиями», сказал неорганический химик Меркоури Г. Канацидис, который привел исследование. «Ученые были очарованы биологическим ферментом nitrogenase, который катализирует реакцию по своей природе, больше 60 лет. Теперь мы создали успешного имитатора процесса природы».
Kanatzidis – профессор Чарльза Э. и Эммы Х. Моррисон Химии в Колледже Вайнберга Искусств и Наук.Заводы полагаются на процесс фиксации азота для пищи и рост.
Азот прямо от атмосферы недоступен заводам, таким образом, питательное вещество должно быть в уменьшенной форме, такой как аммиак.Северо-западный метод использует свет, чтобы катализировать важную реакцию. Процесс, который использует богатую солнечную энергию, чтобы превратить азот в аммиак, предлагает привлекательную альтернативу Haber-Bosch, промышленному стандарту для производства аммиака, сказал Кэнэцидис. Процесс Haber-Bosch потребляет больше чем 1 процент энергоснабжения в мире.
Детали имитатора nitrogenase Нортвестерна были недавно изданы Журналом американского Химического Общества.В то время как только доказательство понятия в этом пункте, это – впечатляющее открытие.
Азот очень упрям – ему не нравится взаимодействовать с другими молекулами. Три единственных ковалентных связи азота очень трудно разорвать.Чтобы приняться за решение проблемы, Kanatzidis и его коллеги обратились к интересному материалу, который они развивали ранее, chalcogel. Этот пористый материал, подобный губке, обеспечивает много площади поверхности, у которой есть преимущества.
Они сделали chalcogel использованием группы железа, молибдена и серы (FeMoS), ключевых металлов найденный в nitrogenase, которые уменьшают азот.«С его высокой площадью поверхности материал предлагает много реактивных мест, где азот может реагировать, поскольку это течет через», сказал Кэнэцидис.
Другое преимущество chalcogel материала – свой цвет; это черно, таким образом, это поглощает много света. Исследователи думали, что они могли бы быть в состоянии выявить ту энергию. (Нитродженэз получает его энергию от источников кроме солнечного света.)«Мои коллеги и я сказали, ‘Давайте сделаем сумасшедший эксперимент’», сказал Кэнэцидис. «Давайте взволнуем chalcogel со светом, давайте дадим ему немного азота и давайте посмотрим, уменьшит ли материал азот до аммиака.
К нашему удивлению мы видели, что аммиак формировался, и аммиак становился более интенсивным со временем».Кофактор FeMoS в chalcogel связывает с азотом и уменьшает его на восемь электронов, делая две молекулы аммиака и одну водородную молекулу, как это происходит по своей природе.После ранних положительных результатов Северо-западные исследователи провели много экспериментов контроля, которые подтвердили, что произведенный аммиак действительно прибыл из азота и не некоторого другого источника.chalcogel материал очень прочен. «Этот катализатор может пойти и пойти и пойти и все еще работать», сказал Кэнэцидис. «Nitrogenase в биологических системах должен восстанавливать себя каждые шесть – восемь часов».
Исследователи действительно признают, однако, что их катализатор медленнее, чем nitrogenase, приблизительно в 1,000 раз медленнее.«Но у nitrogenase было два или три миллиарда лет, чтобы развиться», сказал Кэнэцидис. «Мы рады, что наш материал уменьшает азот во многом как nitrogenase.
Это – фантастическая отправная точка. Теперь мы пытаемся выяснить, как этот материал работает и как это может стать быстрее.
Мы уже сделали некоторые успехи в этом направлении».