Revolucija v kemiji: Nov manganov sistem za trajnostno energijo!

Revolucija v kemiji: Nov manganov sistem za trajnostno energijo!

Raziskovalne skupine po vsem svetu so dosegle pomemben napredek pri posnemanju naravne fotosinteze, nov razvoj v fotokemiji pa zagotavlja osupljive dokaze za to. Ekipa Univerza Johannes Gutenberg Mainz je razvil nov kovinski kompleks na osnovi mangana, ki revolucionira življenjsko dobo vzbujenih stanj in odpira nove možnosti za trajnostne aplikacije.

Svetloba se vedno bolj uporablja kot vir energije za kemične reakcije, vendar so prejšnji katalizatorji pogosto temeljili na redkih in dragih kovinah, kot so rutenij, osmij ali iridij. Nasprotno pa mangan ni le poceni, ampak ga je tudi več kot 100.000-krat več kot rutenij. Novi manganov kompleks ima tudi izjemno življenjsko dobo več kot 190 nanosekund.

Revolucionarne lastnosti novega manganovega kompleksa

Manganov kompleks je bil pripravljen s preprosto enostopenjsko sintezo iz komercialno dostopnih izhodnih materialov. Ta sinteza združuje brezbarvno manganovo sol z brezbarvnim ligandom, kar povzroči temno vijolično barvo. Ta izjemna lastnost omogoča močno absorpcijo svetlobe in visoko učinkovitost izkoristka svetlobe. Kompleks lahko prenaša elektrone na druge molekule, kar je bilo jasno dokazano z detekcijo začetnega produkta fotoreakcije.

Odkritje raziskovalne skupine širi možnosti trajnostne fotokemije in ima potencialne aplikacije pri proizvodnji vodika, kritičnem področju obnovljive energije. Cilj je učinkovito razdeliti molekule vode z uporabo sončne energije in proizvesti kemične vire energije.

Inovacije v umetni fotosintezi

Hkrati znanstveniki delajo na Inštitut Maxa Plancka za kemijsko pretvorbo energije o umetnem posnemanju naravne fotosinteze za razvoj čistih virov energije. Poudarek je na svetlobno povzročenem cepljenju vode, procesu, ki se pojavlja v naravi, vendar ga je tehnično zapleteno reproducirati. Ekipa je uspešno rešila strukturo kompleksa mangana in kalcija, ki cepi vodo in proizvaja kisik.

Katalizator je sestavljen iz štirih atomov mangana in enega atoma kalcija, ki so vgrajeni v membranski protein fotosistema II. S ciklom, ki sprošča protone, elektrone in molekularni kisik, bi lahko ta pristop pripeljal do razvoja stroškovno učinkovitih katalizatorjev, ki jih navdihuje biologija in zmanjšujejo odvisnost od fosilnih goriv, ​​zlasti v prometnem sektorju.

Izziv izolacije in karakterizacije strukture kompleksa mangan-kalcij je bil premagan z uporabo najsodobnejše spektroskopije elektronske spinske resonance (ESR) in novih teoretičnih metod. Te ugotovitve lahko služijo kot načrt za prihodnje umetne sisteme, ki shranjujejo sončno energijo kot kemično razpoložljivo energijo.

Pomen in pogled

Razvoj na obeh Inštitut Mainz kot tudi na Inštitut Maxa Plancka so prelomni. Raziskovalci si prizadevajo dodatno optimizirati katalitične procese, zlasti oksidacijo vode, ki je osrednja kemična reakcija v fotosintezi. Uporaba običajnih in poceni kovin, kot je mangan, bi lahko znatno zmanjšala proizvodne stroške vodika in drugih sončnih goriv.

Možnost učinkovite umetne fotosinteze, ki rešuje več problemov proizvodnje energije in zmanjševanja ogljikovega dioksida v ozračju, ne le postane bolj realna, ampak je tudi korak k trajnostni proizvodnji energije.