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

Descrizione del progetto

Un percorso per l’attivazione sostenibile dell’N2

Nel corso della vita, l’azoto molecolare (N2) è diventato una risorsa fondamentale per le operazioni, i processi e la produzione in svariati campi, dall’agricoltura all’industria farmaceutica, passando per la scienza dei materiali. Sfortunatamente, nonostante la sua importanza, l’attivazione e la conversione sono processi complessi e costosi e le soluzioni attuali risultano estremamente intensive a livello di energia, contribuendo in modo significativo alla generazione di emissioni di CO2. Sostenuto dal programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto BRGN svilupperà una soluzione sostenibile per l’attivazione dell’N2 mediata da radicali del boro attraverso la ricerca e la risoluzione delle lacune nella nostra comprensione dei meccanismi chiave sottostanti. A tal fine, il progetto implementerà nuovi agenti di cattura dei radicali e acidi di Lewis che consentiranno la caratterizzazione e l’analisi degli intermedi chiave del processo, dimostrandone successivamente i risultati.

Obiettivo

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.

Campo scientifico (EuroSciVoc)

Parole chiave

Programma(i)

Argomento(i)

Meccanismo di finanziamento

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

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Invito a presentare proposte

(si apre in una nuova finestra) HORIZON-MSCA-2025-PF

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Coordinatore

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CNRS
Contributo netto dell'UE
€ 242 260,56
Indirizzo
RUE MICHEL ANGE 3
75794 Paris
Francia
Regione
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Tipo di attività
Research Organisations
Collegamenti
Costo totale
Nessun dato