Forskere efterligner to naturlige energiprocesser med en enkelt katalysator

Naturen er ganske god til at lave visse former for kemi. For eksempel, vand omdannes løbende til dets bestanddele, ilt, protoner, og elektroner, og tilbage igen som en måde at lagre og bruge energi fra planter og dyr. Teknologier baseret på naturlige kemiske veje kan bidrage til at opfylde menneskehedens voksende energibehov. Specialiserede enzymer til stede i plante- og dyreceller til visse kemiske reaktioner har inspireret kemikere til at forsøge at reproducere naturlige processer i kunstige solceller og brændselsceller.

Nu, forskere baseret på Kyushu University har udviklet en enkelt katalysator, der både kan fungere som en brændselscelle, der forbruger brint til frigivelse af energi og et fotosyntetisk system, der er i stand til at fremstille ilt ved hjælp af solenergi. Gruppen rapporterede for nylig deres fund i ChemCatChem .

"Folk har før forsøgt kunstigt at replikere hydrogenas og fotosystem II's adfærd, "siger den tilsvarende forfatter professor Seiji Ogo fra Kyushu University." Men vores er den første undersøgelse, der kombinerer disse to meget specifikke biologiske funktioner til et enkelt katalytisk system, der kan gøre begge dele. "

Hydrogenase er et enzym til stede i organismer, der fungerer som en naturlig brændselscelle, forbruge brint til energi. Fotosystem II gør det muligt for planter at omdanne vand til ilt under sollys. Begge disse processer involverer oxidationer, hvor enten hydrogen eller vandmolekyler opgiver nogle af deres elektroner.

Forskerne syntetiserede en katalysator indeholdende metal -iridium, som er i stand til at acceptere og frigive et antal elektroner. De viste, at i en brændselscelle, deres katalysator producerede elektrisk kraft ved at acceptere elektroner fra brint. Ændring af understøttende materialer i katalysatoren kan generere strøm fra sollys gennem en cyklus, der involverer oxidation af vand.

Forskerne formåede at isolere kemikaliet og bruge røntgendiffraktion til at give ny indsigt i dets struktur og adfærd som katalysator for første gang. Tilsvarende forfatter professor Seiji Ogo siger, "Effekten af ​​vores system er stadig temmelig lav til enhver praktisk anvendelse, men dette arbejde repræsenterer en unik demonstration af to forskellige former for energiproducerende processer fra en enkelt katalysator. Vi håber, at disse fund vil vise, at kemikere stadig har meget at lære af naturlige processer. "