Революция в химията: Нова манганова система за устойчива енергия!

Революция в химията: Нова манганова система за устойчива енергия!

Изследователски екипи по света са постигнали значителен напредък в имитирането на естествената фотосинтеза и новите разработки във фотохимията предоставят впечатляващи доказателства за това. Екип от Университет Йоханес Гутенберг Майнц разработи нов метален комплекс на базата на манган, който революционизира живота на възбудените състояния и отваря нови възможности за устойчиви приложения.

Светлината все повече се използва като източник на енергия за химични реакции, но предишните катализатори често са били базирани на редки и скъпи метали като рутений, осмий или иридий. Обратно, манганът е не само евтин, но и над 100 000 пъти по-разпространен от рутения. Новият манганов комплекс има и изключителна продължителност на живот от над 190 наносекунди.

Революционни свойства на новия манганов комплекс

Мангановият комплекс се получава чрез прост едноетапен синтез от налични в търговската мрежа изходни материали. Този синтез комбинира безцветна манганова сол с безцветен лиганд, което води до тъмно лилав цвят. Това забележително свойство позволява силно поглъщане на светлина и висока ефективност на използване на светлината. Комплексът може да прехвърля електрони към други молекули, което беше ясно демонстрирано чрез откриването на първоначалния продукт на фотореакцията.

Откритието на изследователския екип разширява възможностите на устойчивата фотохимия и има потенциални приложения в производството на водород, критична област на възобновяемата енергия. Целта е ефективно да се разделят водните молекули с помощта на слънчева енергия и да се произвеждат химически източници на енергия.

Иновации в изкуствената фотосинтеза

В същото време учените работят върху Институт Макс Планк за химическо преобразуване на енергия върху изкуствената имитация на естествената фотосинтеза за разработване на чисти енергийни източници. Фокусът е върху индуцираното от светлина разделяне на водата, процес, който се случва в природата, но е технически сложен за възпроизвеждане. Екипът успешно е решил структурата на манган-калциев комплекс, който разделя водата и произвежда кислород.

Катализаторът се състои от четири манганови атома и един калциев атом, които са вградени в мембранен протеин на фотосистема II. Чрез цикъл, който освобождава протони, електрони и молекулярен кислород, този подход може да доведе до разработването на рентабилни, био-вдъхновени катализатори, които намаляват зависимостта от изкопаеми горива, особено в транспортния сектор.

Предизвикателството за изолиране и характеризиране на структурата на манганово-калциевия комплекс беше преодоляно с помощта на най-съвременната спектроскопия с електронен спинов резонанс (ESR) и нови теоретични методи. Тези открития могат да послужат като план за бъдещи изкуствени системи, които съхраняват слънчевата енергия като химически достъпна енергия.

Смисъл и перспектива

Развитието на двете Институт Майнц както и на Институт Макс Планк са новаторски. Изследователите работят за допълнително оптимизиране на каталитичните процеси, особено окисляването на водата, което е централна химическа реакция във фотосинтезата. Използването на обикновени и евтини метали като манган може значително да намали производствените разходи за водород и други слънчеви горива.

Перспективата за ефективна изкуствена фотосинтеза, която решава няколко проблема с производството на енергия и намаляването на въглеродния диоксид в атмосферата, не само става по-реалистична, но е и стъпка към устойчиво производство на енергия.