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Converting N2 directly into amines through multimetallic catalysis

Descrizione del progetto

Catalizzatori molecolari multimetallici per la conversione diretta di N2 in ammine

Le ammine sono molecole contenenti azoto, essenziali per la vita quotidiana, ma la loro produzione a partire dalla fonte più abbondante di atomi di N, l’N2, richiede spesso percorsi lunghi e inefficienti. Un obiettivo della ricerca chimica è quello di sviluppare catalizzatori che convertano direttamente l’N2 in ammine. Questo processo deve tuttavia affrontare delle sfide a causa della bassa reattività intrinseca dell’N2. Il progetto N2-CONVERT, finanziato dal CER, si propone di sviluppare catalizzatori molecolari contenenti più metalli per questa conversione. Creerà piattaforme di ligandi rigidi per posizionare più centri metallici a stretto contatto. Attraverso studi sperimentali e computazionali, il progetto indagherà su come fattori quali la separazione dei metalli e l’accessibilità del sito influenzino l’attivazione dell’N2. I risultati saranno utili per progettare complessi multimetallici che consentano la conversione diretta (elettro)catalitica di N2 in ammine.

Obiettivo

Nitrogen containing molecules (amines) are ubiquitous in our daily lives. The N atoms in these essential compounds originate from dinitrogen (N2), but often undergo a vastly energy inefficient route to be incorporated into molecules. Hence, it has been a long-standing goal to develop catalysts that enable the direct conversion of N2 into amines to provide an efficient and sustainable alternative for amine synthesis. While various metal complexes enable the stoichiometric conversion of N2 into amines, a key problem preventing catalytic conversion lies in the incompatibility of the required harsh reductants with the reagents for making N–C bonds.

In this project, I aim to develop well-defined molecular catalysts wherein multiple metals work together to directly convert N2 into amines. To this end, I will develop innovative ligand platforms based on rigid core scaffolds, designed to bind 2, 3 or 4 metal centers in close proximity. In a systematic combined experimental and computational study, I will obtain fundamental understanding on how aspects like metal-metal separation, number of metals, reduction state or accessibility of metal sites, affect the cooperative binding and activation of N2. This will enable me to identify design parameters of multimetallic complexes that enable N–C bond formation at metal-bound N2 without requiring harsh reductants. With this information, I will rationally design multimetallic complexes that enable the direct (electro)catalytic conversion of N2 into amines. My strong background and track record in ligand design, N2 activation, multimetallic coordination chemistry and catalysis puts me in a unique position to realize the highly ambitious goals of this project.

The N2-CONVERT project will provide a new paradigm on how we look at N2, from an inert molecule to an abundant, cheap and non-toxic N-atom building block. In the long run, it will lay the foundation for a sustainable alternative to the current wasteful way of making amines.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

HORIZON-ERC - HORIZON ERC Grants

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) ERC-2023-STG

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Istituzione ospitante

UNIVERSITEIT UTRECHT
Contributo netto dell'UE
€ 1 575 000,00
Costo totale
€ 1 575 000,00

Beneficiari (1)