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Boron Radical Route to Green Nitrogen: Mechanistic Elucidation and Closing the Synthetic Cycle

Descripción del proyecto

Una ruta para la activación sostenible de N2

El dinitrógeno (N2) es un recurso fundamental para la vida, la agricultura, la industria farmacéutica y la ciencia de materiales. Sin embargo, pese a su importancia, su activación y transformación siguen siendo procesos complejos y caros. Las tecnologías actuales requieren muchísima energía y contribuyen de forma significativa a las emisiones de CO2. En el proyecto BRGN, que cuenta con el respaldo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, se desarrollará una estrategia sostenible para la activación de N2 por radicales de boro. Para ello, se investigarán y esclarecerán los mecanismos fundamentales de este proceso. En este sentido, se diseñarán nuevos agentes de captura de radicales y ácidos de Lewis para caracterizar y analizar los principales compuestos intermediarios y, a continuación, demostrar la viabilidad de esta estrategia.

Objetivo

Dinitrogen (N2) is an essential resource for life, agriculture, pharmaceuticals, and materials science, yet its inertness, due to high bond dissociation energy (941 kJ/mol) and a large HOMO-LUMO gap (10.8 eV), makes activation and conversion a major scientific challenge. The energy-intensive Haber-Bosch process, which supports global agriculture, consumes 1-2% of world energy and contributes significantly to CO2 emissions, highlighting the urgent need for sustainable alternatives.
Inspired by nitrogenases, recent advances have expanded nitrogen fixation beyond transition metals to main-group elements. A paradigm shift occurred in 2018 with the first boron-based molecular activation of N2, and more recently, the host group achieved metal-free, radical-mediated conversion of N2 to borylamines under mild conditions. However, key mechanistic aspects remain unresolved: radical intermediates are unisolated, uncharacterized, and poorly understood beyond computational predictions.
This MSCA project aims to address these gaps by elucidating the mechanism of boron-radical-mediated N2 activation. We will design novel Lewis acids and radical capture agents to isolate and characterize key intermediates such as [R2B-N2]• and [(R2B)2N]• using multimodal analysis (XRD, NMR, EPR, UV-vis, and DFT). Furthermore, the project will demonstrate the release of green nitrogen products (NH₃ and organonitrogens) via electrophilic functionalization and establish a closed synthetic cycle, contributing to sustainable chemistry aligned with EU Critical Raw Materials priorities.
By combining fundamental insight with applied goals, this research pioneers a sustainable pathway for nitrogen fixation beyond the Haber-Bosch process.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-TMA-MSCA-PF-EF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - European Fellowships

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinador

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CNRS
Aportación neta de la UEn
€ 242 260,56
Coste total
Sin datos