不管是小麦、小米还是玉米：它们都需要氮来生长。因此，化肥中含有大量的含氮化合物，这些化合物通常是在工业的Haber-Bosch过程中将氮转化为氨，并以其发明者的名字命名。这项技术被认为能够养活目前世界上一半的人口。

空气由将近80%的氮（N2）组成，但由于氮原子之间的键非常稳定，所以它非常不活泼。Haber-Bosch过程破坏了这种结合，将氮转化为氨（NH3），而氨可以被植物吸收和使用。这一步骤需要非常高的压力和温度，而且能源密集程度如此之高，估计要消耗全球产生的一次能源的1%。

细菌领先

德国无机化学研究所的Holger Braunschweig教授解释说：“我们正在寻找一种更有利于分离氮气的方法。” 某些细菌表明，这实际上是有效的：它们能够在正常压力和温度下使用固氮酶，这种酶在过渡金属铁和钼的帮助下催化反应。

Braunschweig说：“到目前为止，我们还没有成功地复制出一种固氮酶。”“所以我们开始寻找另一种选择：一种能够催化反应的分子，它不是以过渡金属为基础的。”

多年来，他的团队一直在研究特定的含硼化合物，即所谓的硼烯。他们被认为是催化剂的潜在候选人。但是为了这个目的，对应的硼烯分子应该怎样构造呢？

候选者必须是氮的最佳匹配者

已知，固氮酶中的铁和钼会将电子传递给氮分子，这个过程称为还原。这将导致两个N原子之间的键断裂。然而，这仅仅是有效的，因为过渡金属是氮分子的良好匹配：它们的轨道，也就是还原过程中电子通过的空间，由于空间布局，与氮原子的轨道有相当大的重叠。

根据量子力学预测，无机化学研究所的Marc-AndréLégaré博士设计了一种类似的轨道结构。他的调查结果随后在JMU研究所进行了综合测试。

而且成功的是，在室温和正常的空气压力下,以这种方式产生的硼能够固定氮。“这是我们第一次能够证明非金属化合物也能够完成这一步骤。”Légaré强调。

仅仅是第一步

然而，这并不意味着Haber-Bosch进程即将被废除。一方面，不确定还原的氮可以从硼烯中分离出来而不破坏它。而且，这个步骤是必要的回收催化剂，使它可以用于结合到下一个氮分子随后。

Braunschweig教授说：“这最终是否会产生一种更有利的方法，仍然是一个悬而未决的问题。”“这只是实现最终目标道路上的第一步，尽管是重要的一步。”

这项研究的结果将在著名的《科学》杂志上发表，该研究是与JMU物理和理论化学研究所的Bernd Engels教授的研究小组合作进行的。