ASU forskning pryder forsiden af ​​ACS tidsskrift

At publicere en videnskabelig artikel med stor gennemslagskraft er en betydelig bedrift for forskere. Det er endnu bedre at blive vist på journalforsiden.

En ny undersøgelse skitserer fremskridt inden for katalyseforskning, med brede anvendelsesmuligheder for innovativ energiteknologi.

Gary Moore, en adjunkt ved School of Molecular Sciences og en forsker ved Biodesign Center for Applied Structural Discovery, og hans team vandt den eftertragtede hæder, da deres forskningsartikel, "Elektrokatalytiske egenskaber af Binuclear Cu(II) Fused Porphyrins for Hydrogen Evolution, " blev udvalgt til forsiden af ​​oktober-udgaven af ACS katalyse .

Moores kandidatstuderende, Diana Khusnutdinova og Brian Wadsworth, var hovedforfatterne på undersøgelsen. Jason Drees, tidligere multimedieudvikler for Biodesign designede journalforsiden.

"Det er altid en fornøjelse at få andre til at lægge særlig mærke til min gruppes forskning, " sagde Moore.

Etableret i 2011, ACS katalyse er et peer-reviewed tidsskrift, der udgiver manuskripter, der dækker eksperimentel og teoretisk forskning i materialer og molekyler, der er katalytiske i naturen. Katalysatorer spiller en væsentlig rolle i energiomdannelsesprocesser inden for biologi og teknologi. De fungerer for at give lavenergi-veje til kemiske reaktioner og finder vej til applikationer lige fra brændstoffremstilling til at vejlede de bioenergetiske reaktioner, der er afgørende for alle levende organismer.

Moores laboratorium studerer de måder, hvorpå katalytiske materialer drevet af solceller kan producere energi for at imødekomme menneskers behov og samtidig minimere miljøpåvirkningen. Ifølge Moore, deres undersøgelser er inspireret af den proces, som planter og andre fotosyntetiske organismer bruger til at omdanne sollys til brændstoffer gennem en række fotokemiske reaktioner.

"Denne proces driver vores biosfære og leverede de fossile brændstoffer, vores moderne samfund er afhængige af, " sagde Moore.

Cover art illustrerer den molekylære struktur af den rapporterede katalysator, en binukleær kobber(II)-fusioneret porphyrin, som er sammensat af to porphyrin-makrocykler, samt foreningen af ​​to protoner for at syntetisere brint (H2). Undersøgelsen udforsker de elektrokatalytiske egenskaber af porphyrinerne i denne hydrogenudviklingsreaktion.

"I vores seneste ACS katalyse publikation beskriver vi en ny klasse af katalysatorer til at drive hydrogenudviklingsreaktionen (HER), " sagde Moore. "Produktet af denne reaktion er et brændstof og et vigtigt kemisk råmateriale. Den rapporterede katalysator bruger en molekylær ramme til at huse to kobbermetalcentre. Under passende forhold, et enkelt molekyle af katalysatoren producerer mere end 2, 000, 000 molekyler brint i sekundet. Denne hastighedskonstant er blandt de højeste rapporterede i litteraturen."

Ved at forstå de fysiske og kemiske egenskaber af disse elektrokatalysatorer, Moore mener, at yderligere forbedring af deres katalytiske egenskaber er mulig.

Med menneskets energibehov hurtigt stigende og med alvorlige bekymringer over miljøpåvirkningerne af den fossile brændstoføkonomi, der er et desperat behov for rene alternativer i energiproduktionen. Forskning som Moores kan bane vejen for en mere bæredygtig fremtid, der vil sætte mennesker i stand til at opfylde akutte energibehov med en mere miljøvenlig, kulstoffattigt regime.

"Vi forestiller os, at de lovende træk ved katalysatoren beskrevet i vores nuværende rapport vil danne grundlag for at opnå nye energiteknologier, der kræver øget kontrol af stof og energi på molekylært niveau, " sagde Moore. "Menneskeskabte systemer, der er i stand til at omdanne sollys og vand til brændstoffer, tilbyder en lovende tilgang til at opnå en bæredygtig energifremtid."

Som Moore forklarer, en innovation, der får denne undersøgelse til at skille sig ud, er brugen af ​​kobber i stedet for industriens standard, platin.

"Den længe etablerede industrielle katalysator til at aktivere denne reaktion er elementært platin. bekymring for, at fremtidige markedskrav for platin og andre sjældne jordarters grundstoffer kunne overstige tilgængeligheden, har fået forskere til at søge alternative materialer og designprincipper til at forberede katalysatorer til produktion af brint og andre industrielt relevante kemikalier, " sagde Moore.

Ikke alene banede undersøgelsen vejen for brugen af ​​kobber i hydrogenudviklingsreaktioner, men det gav også resultater på kinetikken forbundet med forbindelsen.

"Den kobberbaserede samling opnår en af ​​de højeste maksimale omsætningsfrekvenser rapporteret for en molekylær hydrogenudviklingsreaktionskatalysator, " sagde Moore.

Moore og hans team forfølger opfølgende undersøgelser, der vil fortsætte med at kaste lys over disse samlingers elektrokatalytiske egenskaber.

"Medlemmer af mit forskerhold og jeg, herunder Diana Khusnutdinova og Brian Wadsworth, er i øjeblikket i Frankrig for at udføre in situ røntgenabsorptionsmålinger ved SOLEIL-synkrotronen. Disse undersøgelser vil undersøge den elektroniske struktur af katalysatoren beskrevet i vores nuværende ACS katalyse artikler og andre relaterede materialer, " tilføjede Moore.

Arbejdet er også i gang med at involvere katalysatorer, der gør brug af andre typer af jordrige metalcentre og molekylærbaserede stilladser til at huse dem, som Moores gruppe ser frem til at rapportere om i den nærmeste fremtid.