Alfafa, amendoim, e as plantas de soja absorvem nitrogênio e hidrogênio do ar e os transformam em amônia, o que ajuda as plantas a crescer. As reações para produzir amônia são impulsionadas por catalisadores naturais, que diminuem a energia necessária para fazer as reações acontecerem. Inspirado por esses catalisadores, os cientistas descobriram como a luz solar pode iniciar a funcionalização das moléculas de nitrogênio. Eles construíram um complexo que coleta a luz solar. A energia adicionada faz com que os elétrons mudem e torna as moléculas de nitrogênio receptivas à ligação com o hidrogênio e, portanto, no caminho para a produção de amônia.

No mundo todo, os agricultores precisam de fertilizantes ricos em nitrogênio. Por causa dessa necessidade, os pesquisadores estão se esforçando para desbloquear a produção altamente eficiente de amônia contendo nitrogênio. Aqui, os pesquisadores explicam como a ligação do nitrogênio em um complexo muda à medida que é excitado pela luz solar. As descobertas resultantes podem levar a catalisadores que movem elétrons de maneira eficiente para produzir amônia usando menos energia. Também, os insights podem levar a catalisadores que usam fontes renováveis ​​de hidrogênio, em vez de gás natural.

A amônia no fertilizante é vital para o cultivo. A produção de amônia para fertilizantes é um processo que demanda energia e requer gás natural para fornecer o hidrogênio necessário. Os cientistas há muito lutam para sintetizar um catalisador à base de metal que pode produzir amônia com eficiência com uma pegada de carbono mínima porque o nitrogênio é notoriamente não reativo. O objetivo é desenvolver processos com eficiência energética que bombeiem amônia usando hidrogênio de fontes renováveis. Agora, pesquisadores propõem como um composto à base de molibdênio pode usar efetivamente a energia da luz solar para tornar o nitrogênio reativo e suscetível à formação das ligações necessárias para criar amônia. A equipe preparou um complexo que apreende uma molécula de nitrogênio (dinitrogênio) e a mantém entre dois átomos de molibdênio. Moléculas semelhantes a fios fixadas ao centro de metal absorvem luz, especificamente na faixa do infravermelho próximo ao ultravioleta. Em uma fração de segundo, conforme a luz energiza o complexo - e assim fornece energia para converter nitrogênio em amônia - as moléculas que absorvem a luz vibram em sincronia com o nitrogênio. Esta conexão mecânica quântica é hipotetizada para diminuir a barreira de reação, tornando assim a molécula não reativa receptiva à ligação com o hidrogênio. Saber como os elétrons se movem e interagem com a estrutura do complexo pode ajudar os cientistas a traduzir esse trabalho para a funcionalização catalítica do nitrogênio.