Jelentkezés

Átmenetifém-ligandumok tervezése légköri nyomású ammóniaszintézishez – futó

A vegyiparban hatalmas mennyiségben előállított nitrogéntartalmú vegyületek (főként műtrágyák, polimerek, gyógyszerhatóanyagok) szintézisének kiindulópontja a levegő 78%-át alkotó elemi nitrogéngáz (N2). Az N2 molekula egyike a legnagyobb darabszámban előforduló természetes kémiai részecskéknek, így igen olcsó vegyipari alapanyag, azonban a feldolgozása rendkívül költséges. Jelenleg a globális energiafogyasztás csaknem 2%-át a Haber-Bosch ammóniaszintézis emészti fel, amely még napjainkban, több mint egy évszázaddal az eljárás feltalálása után is a légköri nitrogén ipari léptékű hasznosításának egyetlen gazdaságos módja. A Haber-Bosch eljárás energiaigénye az alkalmazott magas hőmérsékletből és nyomásból adódik (400-500 °C, 150-250 bar), tehát az olcsó és környezetbarát alternatív ammóniaszintézis-módszerek kidolgozásakor az elsődleges cél a „közönséges” reakciókörülmények (szobahőmérséklet, légköri nyomás) elérése, vagy legalább megközelítése.
Az utóbbi években egyre több kutatócsoportban a nitrogenáz enzim tanulmányozásában látják a probléma megoldásának kulcsát. Azok az élőlények ugyanis, amelyekben megtalálható a nitrogenáz fehérje, szobahőmérsékleten és légköri nyomáson is képesek biológiailag hasznosítható vegyületekké alakítani az N2 molekulákat. Az enzim aktív helyének szerkezete alapján „mesterséges nitrogenázok” tervezhetők; ezek olyan átmenetifém-komplexek, amelyek légköri nyomáson katalizálják a nitrogén átalakítását ammóniává. Ezek az ígéretes próbálkozások azonban még messze állnak az ipari hasznosíthatóságtól, mivel a tapasztalatok szerint a katalizátorok élettartama, illetve a mért reakciósebesség rendkívül alacsony; az ezekkel a jelenségekkel kapcsolatos szerkezet-reaktivitás összefüggések még nem teljesen tisztázottak. Jelen kutatás célja, hogy kvantumkémiai számítások segítségével elősegítsük az összefüggések megértését és a jelenlegieknél hatékonyabb nitrogenáz-szerű komplexek tervezését, előállítását.

Projektvezető:
Benedek Zsolt (Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék)
Webcím:
http://iaachem.bme.hu/
Résztvevők:
Szervetlen és Analitikai Kémia Tanszék (VBK-IAACHEM)