Doğada bolca bulunan ve soluduğumuz havanın %78’ini oluşturan azot, endüstriyel kimyasal üretimde nadiren kullanılır. Tarımsal gübrelerin hazırlanmasında kullanılan amonyak sentezi ise bu kullanım alanlarının en önemlisidir.
Endüstriyel kullanım için azotun bir ham madde (feedstock) olarak kullanılması, “azot fiksasyonu” olarak bilinen bir reaksiyon ile gerçekleştirilir. Bu reaksiyonda, moleküler nitrojen (veya “dinitrojen”; N2) iki atom azotuna bölünür. Daha sonra hidrojen veya karbon gibi diğer elementlere bağlanabilir, bu da azotun amonyak olarak depolanmasını veya daha yüksek değerli bileşiklerde doğrudan dönüştürülmesini sağlar.
Fakat amonyağın endüstriyel düzeyde yapılması kolay değildir; “Haber-Bosch” olarak bilinen ana süreç, 450°C sıcaklıkta ve 300 bar basınçta demir bazlı bir katalizör kullanır (deniz seviyesinde yaklaşık 300 kat). Süreci daha uygun maliyetli hale getirmek için kimyagerler, azotu düşük enerjili koşulları kullanarak yararlı bileşimlere dönüştürebilen yeni sistemlerin geliştirilmesine odaklanmışlardır.
2017 yılında, EPFL’de Marinella Mazzanti’nin laboratuarı, moleküler azotu, bir nitrit grubu ile bir arada tutulan iki uranyum (III) iyonunu ve üç potasyum merkezini içeren bir bileşiği sentezleyerek ortam koşullarında amonyak haline dönüştürebildi.
Şimdi, grup, diğer EPFL grupları ile işbirliği içinde, uranyum sistemindeki nitrür köprüsünü bir okso köprüsü ile değiştirerek dinitrojeni bağlayabildiğini göstermiştir. Ek olarak, bağlı dinitrojen, tarımda, farmasötikte ve çeşitli organik bileşiklerde yaygın olarak kullanılan bir bileşik olan siyanamidi yapmak için ortam koşullarında karbon monoksit ile kolayca ayrılabilir.
Okso-köprülü dinitrojen kompleksinin reaktivitesi, önceki nitrit kompleksine ve alanda bilinen birkaç azot kompleksine kıyasla oldukça farklıydı. Sayısal çalışmalar daha sonra bilim insanlarının bu farklılıkları uranyum-okso/nitrid köprüsündeki bağlanmalara karşı reaktiflikle ilişkilendirmelerine izin verdi.
Marinella Mazzanti, “Bu bulgular, nitrür ve oksit malzemesini içeren yapı ve reaktivite arasındaki ilişki hakkında önemli bilgiler sağlar. Üstelik, bu bileşiklerin katalitik sistemlerde uygulanması, gübrelere daha düşük maliyetle erişime yol açabilir. “