Aprendiendo de la naturaleza Científicos del Centro para la Ciencia de Recursos Sostenibles en Japón y el Instituto Coreano de Ciencias Básicas (KBSI) han encontrado un catalizador que transforma eficientemente el nitrato en nitrito, una reacción ambientalmente importante, sin requerir alta temperatura o acidez. y ahora hemos identificado el mecanismo que hace posible esta eficiencia.

El nitrógeno es un elemento importante para varios procesos biológicos, pero a menudo es necesario convertirlo en una forma u otra, en un sistema conocido como ciclo del nitrógeno. En naturaleza, esto suele ser realizado por bacterias y otros microorganismos, que puede realizar la hazaña a temperatura ambiente y condiciones de pH suave. Recientemente, El uso excesivo de fertilizantes nitrogenados en respuesta al crecimiento de la población ha provocado una grave contaminación del agua debido a la presencia de nitratos (NO ₃ ^- ) iones en fertilizantes. La escorrentía de la agricultura puede conducir a la contaminación del agua potable por nitratos, y la eutrofización de lagos y marismas, que conduce al crecimiento de algas. Como resultado, se ha hecho necesario reducir la emisión de iones de nitrato al medio ambiente.

Actualmente se realiza la limpieza de aguas residuales utilizando microbios, pero no siempre es posible hacer esto, ya que la concentración de nitrato puede hacer imposible la supervivencia de los microorganismos. Ha habido intentos de crear catalizadores que puedan realizar la misma tarea que realizan las bacterias. Desafortunadamente, debido a la alta estabilidad del nitrato, Estos costosos catalizadores de metales raros requieren alta temperatura, fotólisis ultravioleta, o ambientes fuertemente ácidos. Por tanto, el desarrollo de catalizadores que pudieran realizar la transformación de forma económica a temperatura ambiente fue uno de los principales objetivos de la investigación.

Recientemente, un equipo internacional dirigido por Ryuhei Nakamura del RIKEN Center for Sustainable Resource Science (CSRS), decidió intentar utilizar el mismo método que la nitrato reductasa, una enzima utilizada por microorganismos, y logró sintetizar químicamente sulfuro de molibdeno que contiene oxo, que fue capaz de catalizar nitrato en nitrito en un electrolito acuoso a pH neutro.

Ahora, en investigaciones publicadas en Edición internacional de Angewandte Chemie , han utilizado una variedad de métodos para determinar que su catalizador contiene un sitio activo de reacción similar al que se encuentra en la nitrato reductasa natural. Habían identificado el sulfuro de molibdeno que contiene oxo como un candidato prometedor, y sabía que funcionaba mejor que otros catalizadores, pero no sabían por qué. Continuaron estudiándolo mediante la observación de especies químicas en su superficie en presencia de un agente reductor, en este caso iones ditionito, utilizando espectroscopía molecular (espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica (EPR) y espectroscopía Raman ". "dice el primer autor Yamei Li, que hizo el trabajo en RIKEN CSRS y actualmente está en el Instituto de Tecnología de Tokio, "que los catalizadores de sulfuro de oxo-molibdeno pueden tener sitios activos similares a los de las enzimas. Para probar esta hipótesis, intentamos rastrear cómo las especies químicas en la superficie del catalizador cambian usando espectroscopía molecular ".

Su principal hallazgo fue que el molibdeno pentavalente con ligandos de oxígeno, uno de los productos intermedios, funcionaba como una especie activa que aceleraba la reacción. y demostró que esta especie activa tiene una estructura similar al núcleo activo de la nitrato reductasa natural. Sus estudios usando espectroscopía EPR confirmaron esto, encontrando que el oxígeno y el azufre, Los ligandos del molibdeno también juegan un papel importante en la producción eficiente de las especies pentavalentes de oxo-molibdeno en la superficie del catalizador.

Según Nakamura, "Este resultado muestra que los iones de nitrato pueden desintoxicarse en un ambiente suave sin depender de catalizadores de metales raros. Esperamos que esto haga posible el desarrollo de nueva tecnología para sintetizar amoníaco a partir de líquidos residuales".

Los resultados de esta investigación han contribuido al Objetivo 7:"Energía limpia y asequible" y al Objetivo 14:"Vida submarina" de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) establecidos por Naciones Unidas.