Çağdaş endüstriyel nitrojen fiksasyonu büyük ölçüde, aşırı yüksek sıcaklık ve basınç altında çalışan, enerji yoğun Haber-Bosch prosesine dayanır.
Gelecek vaat eden bir katalitik malzeme sınıfı olan metal karbürler, son zamanlarda heterojen kataliz araştırmalarında dikkat çekmektedir. Azot aktivasyon mekanizmalarını moleküler ve elektronik seviyelerde anlamak, yeni nesil katalizörler ve gelişmiş tek atomlu malzemeler geliştirmek için çok önemlidir.
Yayınlanan bir çalışmada Kimya BilimiÇin Bilimler Akademisi Dalian Kimyasal Fizik Enstitüsü’nden (DICP) Prof. Jiang Ling ve Prof. Xie Hua liderliğindeki bir araştırma ekibi, negatif yüklü bir metal trikarbon kümesinde (MC) çift modlu nitrojen fiksasyonunun rekabetçi mekanizmasını ortaya çıkardı.3– (M = Os, Ir, Pt).
Fotoelektron spektroskopisini kuantum kimyasal hesaplamalarla birleştiren araştırmacılar, MC’nin reaktivitesini araştırdı3– nitrojen moleküllerinin aktive edilmesinde kümeler. Bu kümelerin birbiriyle yarışan iki nitrojen aktivasyon yolu sergilediğini gösterdiler: N≡N üçlü bağının bölünmesi ve stabil bir C-N bağının oluşması ve nitrojenin metal merkeze kimyasal olarak soğurulması.
Araştırmacılar, incelenen kümeler arasında OsC’nin3− öncelikle kolaylaştırılmış N≡N bağ bölünmesi, IrC3− ikili nitrojen aktivasyon mekanizmalarının ve PtC’nin bir arada varlığını gösterdi3− nitrojen fiksasyonunu esas olarak kemisorpsiyon yoluyla tercih etti.
Ayrıca teorik analiz, nitrojenin MC tarafından aktivasyonunun ortaya çıktığını ortaya çıkardı.3– Metal atomlarının 5d yörünge enerjisi düştükçe azalırken, kemisorpsiyonun baskınlığı da buna paralel olarak arttı.
Prof. Xie, “Çalışmamız, mononükleer metal karbür kümeleri tarafından dinitrojen aktivasyonuna ilişkin moleküler düzeyde bilgiler sağlıyor ve dinitrojen fiksasyonu için etkili katalizörler geliştirmek için yeni bir paradigma oluşturuyor” dedi.
