Revoluce v chemii: Nový manganový systém pro udržitelnou energii!

Revoluce v chemii: Nový manganový systém pro udržitelnou energii!

Výzkumné týmy po celém světě dosáhly významného pokroku v napodobování přirozené fotosyntézy a nový vývoj ve fotochemii je toho působivým důkazem. Tým Univerzita Johannese Gutenberga Mainz vyvinula nový kovový komplex na bázi manganu, který revolucionizuje životnost excitovaných stavů a ​​otevírá nové možnosti pro udržitelné aplikace.

Světlo se stále více používá jako zdroj energie pro chemické reakce, ale předchozí katalyzátory byly často založeny na vzácných a drahých kovech, jako je ruthenium, osmium nebo iridium. Naproti tomu mangan je nejen levný, ale také více než 100 000krát hojnější než ruthenium. Nový manganový komplex má také výjimečnou životnost přes 190 nanosekund.

Revoluční vlastnosti nového manganového komplexu

Manganový komplex byl připraven jednoduchou jednokrokovou syntézou z komerčně dostupných výchozích materiálů. Tato syntéza kombinuje bezbarvou manganovou sůl s bezbarvým ligandem, což má za následek tmavě fialovou barvu. Tato pozoruhodná vlastnost umožňuje silnou absorpci světla a vysokou účinnost využití světla. Komplex může přenášet elektrony na jiné molekuly, což bylo jasně prokázáno detekcí výchozího produktu fotoreakce.

Objev výzkumného týmu rozšiřuje možnosti udržitelné fotochemie a má potenciální aplikace při výrobě vodíku, což je kritická oblast obnovitelné energie. Cílem je efektivně štěpit molekuly vody pomocí sluneční energie a vyrábět chemické zdroje energie.

Inovace v umělé fotosyntéze

Současně vědci pracují na Institut Maxe Plancka pro přeměnu chemické energie o umělém napodobování přirozené fotosyntézy pro vývoj čistých zdrojů energie. Důraz je kladen na štěpení vody vyvolané světlem, což je proces, který se vyskytuje v přírodě, ale jeho reprodukce je technicky složitá. Tým úspěšně vyřešil strukturu manganovo-vápenatého komplexu, který štěpí vodu a produkuje kyslík.

Katalyzátor se skládá ze čtyř atomů manganu a jednoho atomu vápníku, které jsou uloženy v membránovém proteinu fotosystému II. Prostřednictvím cyklu, který uvolňuje protony, elektrony a molekulární kyslík, by tento přístup mohl vést k vývoji nákladově efektivních, bio-inspirovaných katalyzátorů, které snižují závislost na fosilních palivech, zejména v sektoru dopravy.

Úkol izolovat a charakterizovat strukturu komplexu mangan-vápník byl překonán pomocí nejmodernější elektronové spinové rezonanční spektroskopie (ESR) a nových teoretických metod. Tato zjištění mohou sloužit jako plán pro budoucí umělé systémy, které ukládají sluneční energii jako chemicky dostupnou energii.

Význam a výhled

Vývoj na obou Institut Mainz stejně jako na Institut Maxe Plancka jsou průlomové. Vědci pracují na další optimalizaci katalytických procesů, zejména oxidace vody, která je ústřední chemickou reakcí ve fotosyntéze. Použití běžných a levných kovů, jako je mangan, by mohlo výrazně snížit výrobní náklady vodíku a dalších solárních paliv.

Vyhlídka na účinnou umělou fotosyntézu, která řeší několik problémů výroby energie a snižování oxidu uhličitého v atmosféře, se stává nejen reálnější, ale je také krokem k udržitelné výrobě energie.