Revolutsioon keemias: uus mangaani süsteem säästva energia jaoks!

Revolutsioon keemias: uus mangaani süsteem säästva energia jaoks!

Uurimisrühmad üle maailma on teinud märkimisväärseid edusamme loodusliku fotosünteesi jäljendamisel ja fotokeemia uued arengud annavad selle kohta muljetavaldavaid tõendeid. Meeskond Mainzi Johannes Gutenbergi Ülikool on välja töötanud uudse mangaanil põhineva metallikompleksi, mis muudab erutatud olekute eluea revolutsiooniliselt ja avab uusi võimalusi jätkusuutlikeks rakendusteks.

Valgust kasutatakse üha enam keemiliste reaktsioonide energiaallikana, kuid varasemad katalüsaatorid põhinesid sageli haruldastel ja kallitel metallidel, nagu ruteenium, osmium või iriidium. Seevastu mangaan pole mitte ainult odav, vaid ka üle 100 000 korra rikkalikum kui ruteenium. Samuti on uue mangaanikompleksi erakordne eluiga üle 190 nanosekundi.

Uue mangaanikompleksi revolutsioonilised omadused

Mangaanikompleks valmistati lihtsa üheetapilise sünteesi teel kaubanduslikult saadavatest lähteainetest. See süntees ühendab värvitu mangaanisoola värvitu ligandiga, mille tulemuseks on sügav lilla värv. See tähelepanuväärne omadus võimaldab tugevat valguse neeldumist ja kõrget valguse kasutamise efektiivsust. Kompleks suudab elektrone teistele molekulidele üle kanda, mida näitas selgelt fotoreaktsiooni algprodukti tuvastamine.

Uurimisrühma avastus laiendab säästva fotokeemia võimalusi ja sellel on potentsiaalsed rakendused vesiniku tootmises, mis on taastuvenergia kriitilise tähtsusega valdkond. Eesmärk on päikeseenergia abil tõhusalt lõhustada veemolekule ja toota keemilisi energiaallikaid.

Innovatsioon kunstlikus fotosünteesis

Samal ajal töötavad teadlased Max Plancki keemilise energia muundamise instituut loodusliku fotosünteesi kunstliku jäljendamise kohta puhaste energiaallikate arendamiseks. Tähelepanu keskmes on valguse poolt põhjustatud vee lõhenemine – protsess, mis toimub looduses, kuid mida on tehniliselt keeruline reprodutseerida. Meeskond on edukalt lahendanud mangaani-kaltsiumi kompleksi struktuuri, mis lõhestab vett ja toodab hapnikku.

Katalüsaator koosneb neljast mangaani aatomist ja ühest kaltsiumi aatomist, mis on põimitud fotosüsteemi II membraanivalku. Prootoneid, elektrone ja molekulaarset hapnikku vabastava tsükli kaudu võib see lähenemisviis viia kulutõhusate, bioloogiliselt inspireeritud katalüsaatorite väljatöötamiseni, mis vähendavad sõltuvust fossiilkütustest, eriti transpordisektoris.

Mangaani-kaltsiumi kompleksi struktuuri eraldamise ja iseloomustamise väljakutse saadi üle, kasutades nüüdisaegset elektronide spinresonantsspektroskoopiat (ESR) ja uusi teoreetilisi meetodeid. Need leiud võivad olla tulevaste tehissüsteemide kavandiks, mis salvestavad päikeseenergiat keemiliselt kättesaadava energiana.

Tähendus ja väljavaade

Arengud mõlemas Mainzi instituut samuti edasi Max Plancki instituut on murrangulised. Teadlased töötavad katalüütiliste protsesside, eriti vee oksüdatsiooni edasise optimeerimise nimel, mis on fotosünteesi keskne keemiline reaktsioon. Tavaliste ja odavate metallide, näiteks mangaani, kasutamine võib oluliselt vähendada vesiniku ja muude päikesekütuste tootmiskulusid.

Tõhusa kunstliku fotosünteesi väljavaade, mis lahendab mitmeid energiatootmise ja atmosfääri süsinikdioksiidi vähendamise probleeme, ei muutu mitte ainult realistlikumaks, vaid on ka samm säästva energiatootmise suunas.