Ny dobbelt-atom katalysator viser løfte om at give ren energi ved kunstig fotosyntese

Leder du efter nye løsninger til mere effektivt at høste og opbevare solenergi, videnskabsmænd fra USA og Kina har syntetiseret en ny, to-atom katalysator til at tjene som en platform for kunstig fotosyntese, holdet rapporterede i dag i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Holdet udviklede en iridiumkatalysator med kun to aktive metalcentre. Mest væsentligt, eksperimenter viste, at katalysatoren var en veldefineret struktur, i stand til at tjene som en produktiv platform for fremtidig forskning i solbrændselssyntese.

"Vores forskning vedrører teknologien til direkte lagring af solenergi, " sagde Boston College lektor i kemi Dunwei Wang, en hovedforfatter af rapporten. "Det løser den kritiske udfordring, at solenergi er intermitterende. Det gør den ved direkte at høste solenergi og lagre energien i kemiske bindinger, svarer til, hvordan fotosyntese udføres, men med højere effektivitet og lavere omkostninger."

Forskere har brugt betydelig tid på enkeltatomkatalysatorer (SAC'er) og sjældent udforsket en "atomisk spredt katalysator" med to atomer. I et papir med titlen "Stabile iridium dinukleære heterogene katalysatorer understøttet på metaloxidsubstrat til solvandsoxidation, " holdet rapporterer at syntetisere en iridium dinukleær heterogen katalysator på en let fotokemisk måde. Katalysatoren viser enestående stabilitet og høj aktivitet over for vandoxidation, en væsentlig proces i naturlig og kunstig fotosyntese.

Forskere, der fokuserer på dette aspekt af katalyse, støder på særlige udfordringer i udviklingen af ​​heterogene katalysatorer, som er meget udbredt i storstilet industrielle kemiske transformationer. De fleste aktive heterogene katalysatorer er ofte dårligt definerede i deres atomare strukturer, hvilket gør det vanskeligt at evaluere de detaljerede mekanismer på molekylært niveau.

Holdet var i stand til at drage fordel af nye teknikker i evalueringen af ​​enkeltatom-katalysatorer og udvikle en materialeplatform til at studere vigtige og komplekse reaktioner, der ville kræve mere end ét aktivt sted.

Wang sagde, at teamet af forskere satte sig for at bestemme, "hvad den mindste aktive og mest holdbare heterogene katalysatorenhed til vandoxidation kunne være. Tidligere, forskere har stillet dette spørgsmål og kun fundet svaret i homogene katalysatorer, hvis holdbarhed var ringe. For første gang, vi har et glimt af potentialet for heterogene katalysatorer i ren energiproduktion og -lagring."

Holdet udførte også røntgeneksperimenter ved Lawrence Berkeley National Laboratory's Advanced Light Source, der hjalp med at bestemme strukturen af ​​iridiumkatalysatoren. De brugte to teknikker:X-ray absorption fine structure (EXAFS) og X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) i deres målinger. Disse eksperimenter giver kritisk bevis for bedre at forstå den nye katalysator.

Wang sagde, at holdet var overrasket over katalysatorens enkelhed og holdbarhed, kombineret med den høje aktivitet mod den ønskede reaktion af vandoxidation.

Wang sagde, at de næste trin i forskningen omfatter yderligere optimering af katalysatoren til praktisk brug og en undersøgelse af områder, hvor katalysatoren kan anvendes til nye kemiske transformationer.