地球大气中含有大量以氮气(N 2)形式存在的氮。将 N2转化为氨(NH3)对于生产农业所需的肥料至关重要。

目前，氨的生产需要消耗全球2%的能源，并产生大量温室气体。自然界中，固氮酶可以利用储存在三磷酸腺苷(ATP)中的能量来驱动反应，从而催化氨的生产。

ATP 是存在于所有生命形式的天然分子。可以用阳光能量代替 ATP，实现低能耗且不产生温室气体的过程。

然而，研究人员仍在开发这些基于阳光的过程。

在《美国化学学会杂志》发表的一项研究中，科学家创造了一种独特的生物混合物，将纳米晶体与固氮酶结合。纳米晶体利用阳光将电荷转移给酶并完成反应。该研究确定了纳米晶体与固氮酶结合的特性，帮助科学家对这种复杂的 NH3生成反应有了新的认识。

这种生物混合方法利用阳光来驱动耗能的转化反应，从而减少温室气体的共同生产。制造氨的标准方法是哈伯-博施法。该工艺每年生产约 1.5 亿公吨 (MmT) 的氨，但需要大量能源，还会产生约 2.8 亿公吨的二氧化碳 (CO2)。

新工艺利用阳光催化 NH3的生产，不会产生 CO2。这也是一种在靠近使用地点生产 NH3肥料的有吸引力的方法，可最大限度地减少 CO2排放。要使这一工艺成为现实，需要了解如何结合阳光来驱动反应。

为了利用阳光生产氨，研究科学家开发了一种由纳米晶体和 Mo-固氮酶组成的生物混合系统。这种酶具有一种独特的金属簇，称为 FeMo-辅因子，需要八个电子和八个质子才能将 N2 还原为氨。

研究人员利用这种纳米晶体/酶系统确定如何将光生电子引导至 FeMo 辅因子并研究相关机制。为了使系统依赖光，纳米颗粒和酶必须在化学上相容并形成稳定的反应复合物。这项研究探索了如何制造与酶结合的纳米颗粒。