NH3 formation from N2 and H2 mediated by molecular tri-iron complexes

化学 固氮酶 质子化 催化作用 无机化学 结晶学 药物化学 立体化学 氮气 有机化学 固氮 离子
作者
Matthias Reiners,Dirk Baabe,Katharina Münster,Marc‐Kevin Zaretzke,Matthias Freytag,Peter M. Jones,Yannick Coppel,Sébastien Bontemps,Iker Del Rosal,Laurent Maron,Marc D. Walter
出处
期刊:Nature Chemistry [Nature Portfolio]
卷期号:12 (8): 740-746 被引量:69
标识
DOI:10.1038/s41557-020-0483-7
摘要

Living systems carry out the reduction of N2 to ammonia (NH3) through a series of protonation and electron transfer steps under ambient conditions using the enzyme nitrogenase. In the chemical industry, the Haber-Bosch process hydrogenates N2 but requires high temperatures and pressures. Both processes rely on iron-based catalysts, but molecular iron complexes that promote the formation of NH3 on addition of H2 to N2 have remained difficult to devise. Here, we isolate the tri(iron)bis(nitrido) complex [(Cp'Fe)3(μ3-N)2] (in which Cp' = η5-1,2,4-(Me3C)3C5H2), which is prepared by reduction of [Cp'Fe(μ-I)]2 under an N2 atmosphere and comprises three iron centres bridged by two μ3-nitrido ligands. In solution, this complex reacts with H2 at ambient temperature (22 °C) and low pressure (1 or 4 bar) to form NH3. In the solid state, it is converted into the tri(iron)bis(imido) species, [(Cp'Fe)3(μ3-NH)2], by addition of H2 (10 bar) through an unusual solid-gas, single-crystal-to-single-crystal transformation. In solution, [(Cp'Fe)3(μ3-NH)2] further reacts with H2 or H+ to form NH3.
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