El amoníaco es un pilar fundamental de la agricultura mundial y un prometedor portador para el almacenamiento de energía renovable. Sin embargo, casi todo se sigue produciendo mediante el proceso Haber-Bosch, que opera a más de 400 °C y 200 atm, consume alrededor del dos por ciento de la energía mundial y emite grandes cantidades de dióxido de carbono. Por ello, encontrar una ruta más ecológica en condiciones suaves se ha convertido en un gran desafío para la química y la energía.

Ahora, un equipo de investigación liderado por los profesores CHEN Lan y GE Guanglu del Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología (NCNST) de la Academia China de Ciencias (CAS) ha desarrollado una estrategia de química de nanoburbujas sin catalizador para la síntesis de amoníaco a temperatura ambiente y baja presión.

Su trabajo, que propone un paradigma de reacción completamente nuevo que aprovecha la alta energía transitoria liberada por el colapso de nanoburbujas en agua para impulsar reacciones que normalmente son difíciles de lograr en condiciones convencionales, fue publicado en el Journal of the American Chemical Society.

Al aprovechar los radicales libres generados por el colapso de nanoburbujas de N₂/H₂, el equipo logró la fijación de nitrógeno con una selectividad de aproximadamente el 60 % hacia el amoníaco. La captura por EPR y los cálculos de DFT mostraron que el potencial químico de los radicales H· generados in situ durante el colapso de las nanoburbujas alcanza aproximadamente 2,3 eV, suficiente para suministrar directamente la energía necesaria para la activación del enlace N≡N (barrera de energía: 1,59 eV), evitando así el alto aporte de energía y las condiciones catalíticas requeridas por la pirólisis tradicional.

La química de nanoburbujas se ocupa de las reacciones impulsadas por burbujas de gas a nanoescala, típicamente de menos de un μm de diámetro. Según la ecuación de Young-Laplace, una burbuja de 100 nm puede contener una presión interna de varias decenas de atmósferas.

Además, las nanoburbujas poseen una capa límite única y liberan abundantes radicales libres reactivos al colapsar, lo que las convierte en «microrreactores» naturales capaces de impulsar reacciones que normalmente requieren condiciones extremas. Este enfoque resulta valioso no solo por proporcionar altas temperaturas y presiones localizadas transitorias, sino también por suministrar potencial químico radical con precisión, abriendo así una vía de activación completamente nueva para reacciones con alta barrera energética.