Revolution i kemi: Nyt mangansystem til bæredygtig energi!

Revolution i kemi: Nyt mangansystem til bæredygtig energi!

Forskerhold rundt om i verden har gjort betydelige fremskridt med at efterligne naturlig fotosyntese, og nye udviklinger inden for fotokemi giver imponerende beviser på dette. Et hold af Johannes Gutenberg Universitet Mainz har udviklet et nyt metalkompleks baseret på mangan, der revolutionerer levetiden for ophidsede tilstande og åbner op for nye muligheder for bæredygtige anvendelser.

Lys bliver i stigende grad brugt som energikilde til kemiske reaktioner, men tidligere katalysatorer var ofte baseret på sjældne og dyre metaller som ruthenium, osmium eller iridium. I modsætning hertil er mangan ikke kun billigt, men også over 100.000 gange mere rigeligt end ruthenium. Det nye mangankompleks har også en exceptionel levetid på over 190 nanosekunder.

Revolutionerende egenskaber ved det nye mangankompleks

Mangankomplekset blev fremstillet ved en simpel et-trins syntese ud fra kommercielt tilgængelige udgangsmaterialer. Denne syntese kombinerer et farveløst mangansalt med en farveløs ligand, hvilket resulterer i en dyb lilla farve. Denne bemærkelsesværdige egenskab muliggør stærk lysabsorption og høj lysudnyttelseseffektivitet. Komplekset kan overføre elektroner til andre molekyler, hvilket tydeligt blev demonstreret ved påvisningen af ​​det oprindelige produkt af fotoreaktionen.

Forskerholdets opdagelse udvider mulighederne for bæredygtig fotokemi og har potentielle anvendelser inden for brintproduktion, et kritisk område for vedvarende energi. Målet er effektivt at opdele vandmolekyler ved hjælp af solenergi og producere kemiske energikilder.

Innovation inden for kunstig fotosyntese

Samtidig arbejder forskerne på Max Planck Institut for Kemisk Energikonvertering om kunstig efterligning af naturlig fotosyntese for at udvikle rene energikilder. Fokus er på lysinduceret vandspaltning, en proces, der foregår i naturen, men som er teknisk kompleks at reproducere. Holdet har med succes løst strukturen af ​​et mangan-calcium-kompleks, der spalter vand og producerer ilt.

Katalysatoren består af fire manganatomer og et calciumatom, som er indlejret i et membranprotein af fotosystem II. Gennem en cyklus, der frigiver protoner, elektroner og molekylært oxygen, kan denne tilgang føre til udviklingen af ​​omkostningseffektive, bio-inspirerede katalysatorer, der reducerer afhængigheden af ​​fossile brændstoffer, især i transportsektoren.

Udfordringen med at isolere og karakterisere strukturen af ​​mangan-calcium-komplekset blev overvundet ved hjælp af state-of-the-art elektronspinresonans (ESR) spektroskopi og nye teoretiske metoder. Disse resultater kan tjene som en plan for fremtidige kunstige systemer, der lagrer solenergi som kemisk tilgængelig energi.

Mening og udsigter

Udviklingen på begge Institut Mainz såvel som på Max Planck Instituttet er banebrydende. Forskere arbejder på yderligere at optimere de katalytiske processer, især oxidationen af ​​vand, som er en central kemisk reaktion i fotosyntesen. Brugen af ​​almindelige og billige metaller som mangan kan reducere produktionsomkostningerne for brint og andre solbrændstoffer betydeligt.

Udsigten til effektiv kunstig fotosyntese, som løser adskillige problemer med energiproduktion og reduktion af kuldioxid i atmosfæren, bliver ikke kun mere realistisk, men er også et skridt i retning af bæredygtig energiproduktion.