Revolucija u kemiji: Novi sustav mangana za održivu energiju!

Revolucija u kemiji: Novi sustav mangana za održivu energiju!

Istraživački timovi diljem svijeta postigli su značajan napredak u oponašanju prirodne fotosinteze, a nova dostignuća u fotokemiji pružaju impresivne dokaze za to. Tim od Sveučilište Johannes Gutenberg u Mainzu je razvio novi metalni kompleks temeljen na manganu koji revolucionira životni vijek pobuđenih stanja i otvara nove mogućnosti za održive primjene.

Svjetlost se sve više koristi kao izvor energije za kemijske reakcije, no prijašnji katalizatori često su bili bazirani na rijetkim i skupim metalima poput rutenija, osmija ili iridija. Nasuprot tome, mangan nije samo jeftin, nego je i preko 100 000 puta zastupljeniji od rutenija. Novi kompleks mangana također ima izniman životni vijek od preko 190 nanosekundi.

Revolucionarna svojstva novog kompleksa mangana

Kompleks mangana pripravljen je jednostavnom sintezom u jednom koraku iz komercijalno dostupnih početnih materijala. Ova sinteza kombinira bezbojnu manganovu sol s bezbojnim ligandom, što rezultira tamnoljubičastom bojom. Ovo izvanredno svojstvo omogućuje snažnu apsorpciju svjetlosti i visoku učinkovitost iskorištenja svjetlosti. Kompleks može prenositi elektrone na druge molekule, što je jasno pokazano detekcijom početnog produkta fotoreakcije.

Otkriće istraživačkog tima proširuje mogućnosti održive fotokemije i ima potencijalne primjene u proizvodnji vodika, kritičnom području obnovljive energije. Cilj je učinkovito razdvojiti molekule vode pomoću sunčeve energije i proizvesti kemijske izvore energije.

Inovacije u umjetnoj fotosintezi

U isto vrijeme, znanstvenici rade na Institut Max Planck za pretvorbu kemijske energije o umjetnom oponašanju prirodne fotosinteze za razvoj čistih izvora energije. Fokus je na svjetlosno induciranom razdvajanju vode, procesu koji se događa u prirodi, ali ga je tehnički složeno reproducirati. Tim je uspješno riješio strukturu kompleksa mangan-kalcij koji razdvaja vodu i proizvodi kisik.

Katalizator se sastoji od četiri atoma mangana i jednog atoma kalcija, koji su ugrađeni u membranski protein fotosustava II. Kroz ciklus koji oslobađa protone, elektrone i molekularni kisik, ovaj bi pristup mogao dovesti do razvoja isplativih, biološki nadahnutih katalizatora koji smanjuju ovisnost o fosilnim gorivima, osobito u prometnom sektoru.

Izazov izolacije i karakterizacije strukture kompleksa mangan-kalcij prevladan je korištenjem najsuvremenije spektroskopije elektronske spinske rezonancije (ESR) i novih teorijskih metoda. Ova otkrića mogu poslužiti kao nacrt za buduće umjetne sustave koji pohranjuju sunčevu energiju kao kemijski dostupnu energiju.

Značenje i izgled

Razvoj na oba Institut Mainz kao i na Institut Max Planck su prijelomni. Istraživači rade na daljnjem optimiziranju katalitičkih procesa, posebice oksidacije vode, koja je središnja kemijska reakcija u fotosintezi. Korištenje uobičajenih i jeftinih metala poput mangana moglo bi značajno smanjiti troškove proizvodnje vodika i drugih solarnih goriva.

Perspektiva učinkovite umjetne fotosinteze, koja rješava nekoliko problema proizvodnje energije i smanjenja ugljičnog dioksida u atmosferi, ne samo da postaje realnija, već je i korak prema održivoj proizvodnji energije.