Revoluție în chimie: nou sistem de mangan pentru energie durabilă!

Revoluție în chimie: nou sistem de mangan pentru energie durabilă!

Echipele de cercetare din întreaga lume au făcut progrese semnificative în imitarea fotosintezei naturale, iar noile dezvoltări în fotochimie oferă dovezi impresionante în acest sens. O echipa de Universitatea Johannes Gutenberg din Mainz a dezvoltat un nou complex de metal pe bază de mangan care revoluționează durata de viață a stărilor excitate și deschide noi posibilități pentru aplicații durabile.

Lumina este din ce în ce mai folosită ca sursă de energie pentru reacțiile chimice, dar catalizatorii anteriori se bazau adesea pe metale rare și scumpe precum ruteniul, osmiul sau iridiul. În schimb, manganul nu este doar ieftin, ci și de peste 100.000 de ori mai abundent decât ruteniul. Noul complex de mangan are, de asemenea, o durată de viață excepțională de peste 190 de nanosecunde.

Proprietăți revoluționare ale noului complex de mangan

Complexul de mangan a fost preparat printr-o sinteză simplă într-o singură etapă din materii prime disponibile comercial. Această sinteză combină o sare de mangan incoloră cu un ligand incolor, rezultând o culoare violet intens. Această proprietate remarcabilă permite o absorbție puternică a luminii și o eficiență ridicată de utilizare a luminii. Complexul poate transfera electroni către alte molecule, ceea ce a fost demonstrat în mod clar prin detectarea produsului inițial al fotoreacției.

Descoperirea echipei de cercetare extinde posibilitățile fotochimiei durabile și are potențiale aplicații în producția de hidrogen, un domeniu critic al energiei regenerabile. Scopul este de a împărți eficient moleculele de apă folosind energia solară și de a produce surse de energie chimică.

Inovație în fotosinteza artificială

În același timp, oamenii de știință lucrează la Institutul Max Planck pentru Conversia Energiei Chimice privind imitarea artificială a fotosintezei naturale pentru a dezvolta surse de energie curată. Accentul este pus pe scindarea apei indusă de lumină, un proces care are loc în natură, dar este complex din punct de vedere tehnic de reprodus. Echipa a rezolvat cu succes structura unui complex mangan-calciu care desparte apa și produce oxigen.

Catalizatorul constă din patru atomi de mangan și un atom de calciu, care sunt încorporați într-o proteină membranară a fotosistemului II. Printr-un ciclu care eliberează protoni, electroni și oxigen molecular, această abordare ar putea duce la dezvoltarea de catalizatori rentabili, inspirați din bio, care reduc dependența de combustibilii fosili, în special în sectorul transporturilor.

Provocarea de a izola și caracteriza structura complexului mangan-calciu a fost depășită folosind spectroscopie de rezonanță electron spin (ESR) de ultimă generație și noi metode teoretice. Aceste descoperiri pot servi drept model pentru viitoarele sisteme artificiale care stochează energia solară ca energie disponibilă chimic.

Sensul și perspectiva

Evoluțiile pe ambele Institutul Mainz cât şi pe Institutul Max Planck sunt inovatoare. Cercetătorii lucrează pentru a optimiza în continuare procesele catalitice, în special oxidarea apei, care este o reacție chimică centrală în fotosinteză. Utilizarea metalelor comune și ieftine, cum ar fi manganul, ar putea reduce semnificativ costurile de producție ale hidrogenului și ale altor combustibili solari.

Perspectiva unei fotosinteze artificiale eficiente, care rezolvă mai multe probleme de producere a energiei și de reducere a dioxidului de carbon din atmosferă, nu numai că devine mai realistă, ci este și un pas către producția de energie durabilă.