Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Berkeley ερευνητές Lab Δημιουργία νανο-μεγέθους φωτοκαταλύτη για την τεχνητή φωτοσύνθεση

Published on March 10, 2009 at 6:57 PM

Για εκατομμύρια χρόνια, τα πράσινα φυτά που χρησιμοποιούνται φωτοσύνθεση για να συλλάβει την ενέργεια από την ηλιακή ακτινοβολία και τη μετατρέπουν σε ηλεκτροχημική ενέργεια. Ένας στόχος των επιστημόνων ήταν να αναπτύξει μια τεχνητή έκδοση της φωτοσύνθεσης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή υγρών καυσίμων από το διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Οι ερευνητές με το Υπουργείο Εξωτερικών των ΗΠΑ Lawrence Berkeley Ενέργειας National Laboratory (Berkeley Lab) έχουν τώρα ένα κρίσιμο βήμα προς την κατεύθυνση αυτού του στόχου με την ανακάλυψη ότι οι νανο-μεγέθους κρυστάλλους οξειδίου του κοβαλτίου μπορεί να εκτελέσει αποτελεσματικά τα κρίσιμα φωτοσυνθετική αντίδραση της διάσπασης μορίων του νερού.

Σύμφωνα με το καύσιμο μέσω τεχνητής σενάριο της φωτοσύνθεσης, οι νανοσωλήνες ενσωματωμένα μέσα σε μια μεμβράνη θα ενεργούσε σαν πράσινα φύλλα, με τη χρήση προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία (HA) να χωρίσει τα μόρια του νερού (H2O), απελευθερώνοντας ηλεκτρόνια και το οξυγόνο (Ο2), τα οποία στη συνέχεια αντιδρά με το διοξείδιο του άνθρακα (CO2 ) για την παραγωγή καυσίμων, με αναγωγή μεθανόλης (CH3OH). Το αποτέλεσμα είναι μια ανανεώσιμη πράσινη πηγή ενέργειας που συμβάλλει επίσης τρίβει την ατμόσφαιρα του υπερβολικού διοξειδίου του άνθρακα από την καύση ορυκτών καυσίμων. (Εικονογράφηση από Robles Flavio, Berkeley Lab Δημοσίων Υποθέσεων)

"Φωτοξείδωση των μορίων του νερού σε ηλεκτρόνια οξυγόνο και πρωτόνια (ιόντα υδρογόνου) είναι μία από τις δύο βασικές αντιδράσεις εξάμηνο του ενός τεχνητού συστήματος φωτοσύνθεση - παρέχει τα ηλεκτρόνια που απαιτούνται για τη μείωση του διοξειδίου του άνθρακα σε καύσιμα», δήλωσε ο Heinz Frei, ένας χημικός με Φυσική Berkeley Εργαστηρίου Biosciences Division, ο οποίος πραγματοποίησε την έρευνα αυτή με μεταδιδακτορικός υπότροφος του Feng Jiao. «Αποτελεσματική φωτοξείδωση απαιτεί ένα καταλύτη που είναι τόσο αποτελεσματική στη χρήση των ηλιακών φωτονίων και αρκετά γρήγορος για να συμβαδίσει με ηλιακή ροή, ώστε να αποφευχθεί η σπατάλη των φωτονίων. Οι όμιλοι των νανοσωματιδίων οξειδίου του κοβαλτίου είναι επαρκώς αποτελεσματική και γρήγορη, και είναι επίσης ισχυρή (αντέξει για μεγάλο χρονικό διάστημα) και άφθονα. Ταιριάζουν τέλεια το νομοσχέδιο ».

Frei και Jiao έχουν αναφέρει τα αποτελέσματα της μελέτης τους στο περιοδικό Angewandte Chemie, σε ένα έγγραφο με τίτλο: "Νανοδομημένα κοβαλτίου Συνεργατικών Σχηματισμών Οξείδια σε μεσοπορώδη διοξείδιο του πυριτίου ως αποτελεσματική Οξυγόνο εξελισσόμενο Καταλύτες." Αυτή η έρευνα πραγματοποιήθηκε μέσω της Helios Solar Energy Research Center (Helios SERC), ένα επιστημονικό πρόγραμμα στο Berkeley Lab υπό τη διεύθυνση του Paul Alivisatos, η οποία στοχεύει στην ανάπτυξη των καυσίμων από το ηλιακό φως. Frei χρησιμεύει ως αναπληρωτή διευθυντή της Helios SERC.

Τεχνητή φωτοσύνθεση για την παραγωγή υγρών καυσίμων προσφέρει την υπόσχεση για μια ανανεώσιμη και με ουδέτερο ισοζύγιο άνθρακα πηγή ενέργειας των μεταφορών, που σημαίνει ότι δεν θα συμβάλλει στην υπερθέρμανση του πλανήτη που προκύπτει από την καύση πετρελαίου και άνθρακα. Η ιδέα είναι να βελτιώσουμε την κατάσταση της διαδικασίας που έχει από καιρό-υπηρετήσει πράσινα φυτά και ορισμένα βακτήρια, με την ενσωμάτωση σε ένα ενιαίο σύστημα πλατφόρμα φως συγκομιδή που μπορεί να συλλάβει ηλιακά φωτόνια και καταλυτικά συστήματα που μπορούν να οξειδώνουν το νερό - με άλλα λόγια, ένα τεχνητό φύλλο.

"Για να επωφεληθείτε από την ευελιξία και την ακρίβεια με την οποία απορρόφησης του φωτός, των μεταφορών χρέωση και καταλυτικές ιδιότητες μπορούν να ελεγχθούν από διακριτές ανόργανες μοριακές δομές, έχουμε εργαστεί με πολυπύρηνους nanoclusters οξείδιο του μετάλλου σε πυρίτιο," δήλωσε ο Frei. «Στην προηγούμενη εργασία, διαπιστώσαμε ότι οξείδιο του ιριδίου ήταν αποτελεσματική και αρκετά γρήγορα για να κάνει τη δουλειά, αλλά ιρίδιο είναι το λιγότερο άφθονο μέταλλο στη γη και όχι κατάλληλο για χρήση σε πολύ μεγάλη κλίμακα. Χρειαζόμασταν ένα μέταλλο που ήταν εξίσου αποτελεσματικό, αλλά πολύ πιο άφθονη. "

Πράσινα φυτά εκτελέσει τη φωτοξείδωση των μορίων του νερού μέσα σε ένα σύμπλεγμα πρωτεϊνών που ονομάζονται φωτοσυστήματος ΙΙ, στα οποία το μαγγάνιο-που περιέχουν ένζυμα χρησιμεύσει ως καταλύτης. Με βάση το μαγγάνιο οργανομεταλλικών συμπλόκων πρότυπο off φωτοσυστήματος ΙΙ έχουν δείξει κάποια υπόσχεση, όπως photocatalysts για την οξείδωση του νερού, αλλά μερικοί πάσχουν από το να είναι αδιάλυτα στο νερό και κανένα δεν είναι πολύ ισχυρή. Σε ψάχνει για καθαρά ανόργανων καταλυτών που θα διαλύεται στο νερό και θα είναι πολύ πιο ισχυρή από ό, τι βιομιμητικά υλικά, Frei και Jiao μετατραπεί σε κοβάλτιο οξείδιο, ένα εξαιρετικά πλούσιο υλικό που είναι ένα σημαντικό βιομηχανικό καταλύτη. Όταν Frei και Jiao δοκιμαστεί micron μεγέθους μόρια οξειδίου του κοβαλτίου, βρήκαν τα σωματίδια ήταν αναποτελεσματική και δεν είναι σχεδόν αρκετά γρήγορα ώστε να χρησιμεύσει ως photocatalysts. Ωστόσο, όταν νανο-μεγέθους των σωματιδίων ήταν μια άλλη ιστορία.

Last Update: 11. October 2011 03:15

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit