Revoliucija chemijoje: nauja mangano sistema tvariai energijai!

Revoliucija chemijoje: nauja mangano sistema tvariai energijai!

Mokslininkų grupės visame pasaulyje padarė didelę pažangą imituodamos natūralią fotosintezę, o nauji fotochemijos pasiekimai pateikia įspūdingų to įrodymų. Komanda iš Mainco Johanneso Gutenbergo universitetas sukūrė naują metalų kompleksą, kurio pagrindą sudaro manganas, kuris iš esmės keičia susijaudinusių būsenų gyvavimo laiką ir atveria naujas tvaraus pritaikymo galimybes.

Šviesa vis dažniau naudojama kaip energijos šaltinis cheminėms reakcijoms, tačiau ankstesni katalizatoriai dažnai buvo pagaminti iš retų ir brangių metalų, tokių kaip rutenis, osmis ar iridis. Priešingai, manganas yra ne tik nebrangus, bet ir daugiau nei 100 000 kartų gausesnis nei rutenis. Naujojo mangano komplekso eksploatavimo trukmė taip pat yra išskirtinė – daugiau nei 190 nanosekundžių.

Revoliucinės naujojo mangano komplekso savybės

Mangano kompleksas buvo paruoštas naudojant paprastą vienos pakopos sintezę iš komerciškai prieinamų pradinių medžiagų. Ši sintezė sujungia bespalvę mangano druską su bespalviu ligandu, todėl gaunama giliai violetinė spalva. Ši nuostabi savybė užtikrina stiprią šviesos sugertį ir didelį šviesos panaudojimo efektyvumą. Kompleksas gali perkelti elektronus į kitas molekules, o tai aiškiai įrodė pradinio fotoreakcijos produkto aptikimas.

Mokslininkų grupės atradimas išplečia tvarios fotochemijos galimybes ir gali būti pritaikytas vandenilio gamyboje, kuri yra svarbi atsinaujinančios energijos sritis. Tikslas yra efektyviai skaidyti vandens molekules naudojant saulės energiją ir gaminti cheminius energijos šaltinius.

Dirbtinės fotosintezės naujovės

Tuo pačiu metu mokslininkai dirba Maxo Plancko cheminės energijos konversijos institutas dėl dirbtinio natūralios fotosintezės imitacijos siekiant sukurti švarius energijos šaltinius. Pagrindinis dėmesys skiriamas šviesos sukeltam vandens skilimui – procesui, kuris vyksta gamtoje, tačiau yra techniškai sudėtingas daugintis. Komanda sėkmingai išsprendė mangano ir kalcio komplekso, kuris skaido vandenį ir gamina deguonį, struktūrą.

Katalizatorius susideda iš keturių mangano atomų ir vieno kalcio atomo, kurie yra įterpti į II fotosistemos membraninį baltymą. Per ciklą, išskiriantį protonus, elektronus ir molekulinį deguonį, šis metodas galėtų padėti sukurti ekonomiškus, biologiškai įkvėptus katalizatorius, kurie sumažintų priklausomybę nuo iškastinio kuro, ypač transporto sektoriuje.

Iššūkis išskirti ir apibūdinti mangano ir kalcio komplekso struktūrą buvo įveiktas naudojant naujausią elektronų sukimosi rezonanso (ESR) spektroskopiją ir naujus teorinius metodus. Šios išvados gali būti būsimų dirbtinių sistemų, kaupiančių saulės energiją kaip chemiškai prieinamą energiją, planas.

Reikšmė ir perspektyva

Abiejų įvykių raida Mainco institutas taip pat ir toliau Maxo Plancko institutas yra novatoriški. Tyrėjai stengiasi toliau optimizuoti katalizinius procesus, ypač vandens oksidaciją, kuri yra pagrindinė cheminė fotosintezės reakcija. Paprastų ir nebrangių metalų, tokių kaip manganas, naudojimas galėtų žymiai sumažinti vandenilio ir kito saulės kuro gamybos sąnaudas.

Veiksmingos dirbtinės fotosintezės, išsprendžiančios kelias energijos gamybos ir anglies dioksido mažinimo atmosferoje problemas, perspektyva ne tik tampa realesnė, bet ir yra žingsnis tvarios energijos gamybos link.