Site Sponsors
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Los Investigadores del Laboratorio de Berkeley Crean el Photocatalyst Nano-Clasificado para la Fotosíntesis Artificial

Published on March 10, 2009 at 6:57 PM

Para millones de años, las instalaciones verdes han empleado fotosíntesis para capturar energía de luz del sol y para convertirla en energía electroquímica. Una meta de científicos ha sido desarrollar una versión artificial de la fotosíntesis que se puede utilizar para producir los combustibles líquidos del dióxido y del agua de carbono. Los Investigadores con el Ministerio de los E.E.U.U. de Lorenzo Berkeley de la Energía que el Laboratorio Nacional (Laboratorio de Berkeley) ahora ha tomado una medida crítica hacia esta meta con el descubrimiento que nano-clasificó cristales del óxido del cobalto puede realizar eficazmente la reacción fotosintética crítica de las moléculas de agua que partían.

Bajo combustible a través del decorado artificial de la fotosíntesis, los nanotubes embutidos dentro de una membrana actuarían como las hojas verdes, usando la radiación solar del incidente (Hã) para partir las moléculas de agua (H2O), liberando encima de los electrones y del oxígeno (O2) que entonces reaccionan con el dióxido de carbono (CO2) para producir un combustible, mostrados aquí como metanol (CH3OH). El resultado es una fuente de energía verde renovable que también las ayudas friegan la atmósfera del dióxido de carbono excesivo del burning de combustibles fósiles. (Ejemplo de Flavio Robles, Asuntos Oficiales del Laboratorio de Berkeley)

“Fotooxidación de las moléculas de agua en el oxígeno, los electrones y los protones (iones hidrogenados) son una de las dos medias reacciones esenciales de un sistema artificial de la fotosíntesis - proporciona a los electrones necesarios para reducir el dióxido de carbono a un combustible,” dijo Heinz Frei, químico con la División Física de las Ciencia Biológicas del Laboratorio de Berkeley, que conducto esta investigación con su becario postdoctoral Feng Jiao. La “fotooxidación Efectiva requiere un catalizador que sea eficiente en su uso de fotones solares y bastante rápido de continuar con flux solar para evitar perder esos fotones. Los Atados de los nanocrystals del óxido del cobalto son suficientemente eficientes y rápidos, y son también robustos (pasado un rato largo) y abundantes. Ajustaron perfectamente la cuenta.”

Frei y Jiao han señalado los resultados de su estudio en el gorrón Angewandte Chemie, en un papel titulado: “El Óxido del Cobalto de Nanostructured Se Agrupa en el Sílice de Mesoporous como Catalizadores de Oxígeno-Desarrollo Eficientes.” Esta investigación fue realizada a través del Centro de Investigación De energía solar del Helios (Helios SERC), un programa científico en el Laboratorio de Berkeley bajo la dirección de Paul Alivisatos, que se dirige que desarrolla los combustibles de la luz del sol. Frei sirve como vicedirector de Helios SERC.

La fotosíntesis Artificial para la producción de combustibles líquidos ofrece la promesa de un renovable y la fuente carbón-neutral de la energía del transporte, significándolo no contribuiría al calentamiento del planeta ese resultados del burning del aceite y del carbón. La idea es mejorar sobre el proceso que largo-ha servido las instalaciones verdes y ciertas bacterias integrando en los sistemas colectores de luz de una única plataforma que pueden capturar los fotones solares y los sistemas catalíticos que pueden oxidar el agua - es decir una hoja artificial.

“Para aprovecharse de la adaptabilidad y de la precisión por las cuales la absorción de la luz, el transporte de la carga y las propiedades catalíticas se pueden controlar por las estructuras moleculares inorgánicas discretas, hemos estado trabajando con nanoclusters polinucleares del óxido de metal en sílice,” Frei dijo. “En trabajo anterior, encontramos que el óxido del iridio era eficiente y bastante rápido hacer el trabajo, pero el iridio es el menos metal abundante en la tierra y no conveniente para el uso en mismo un gran escala. Necesitamos un metal que era igualmente efectivo pero lejos más abundante.”

Las instalaciones Verdes realizan la fotooxidación de las moléculas de agua dentro de un complejo de las proteínas llamadas Photosystem II, en las cuales manganeso-conteniendo las enzimas sirva como el catalizador. los complejos organometálicos Manganeso-Basados modelados del Fotosistema II han mostrado una cierta promesa como photocatalysts para la oxidación del agua pero algunos sufren de ser insolubles en agua y ningunos son muy robustos. En buscar los catalizadores puramente inorgánicos que disolverían en agua y serían lejos más robustos que los materiales biomimetic, Frei y Jiao girados al óxido del cobalto, un material altamente abundante que es un catalizador industrial importante. Cuando Frei y Jiao probados micrón-clasificaron partículas del óxido del cobalto, encontraron que las partículas eran ineficaces y no casi rápido bastante servir como photocatalysts. Sin Embargo, cuando nano-clasificaron las partículas era otra historia.

“El rendimiento para los atados de los cristales nano-clasificados del óxido del cobalto (Co3O4) era cerca de 1.600 veces más arriba que para las partículas micrón-clasificadas,” dijo Frei, “y la frecuencia de la rotación (velocidad) eran cerca de 1.140 moléculas del oxígeno por segundo por el atado, que es proporcional con flux solar en el nivel del suelo (aproximadamente 1.000 Vatios por metro cuadrado).”

Frei y Jiao utilizaron el sílice mesoporous como su andamio, creciendo sus nanocrystals del cobalto dentro de los canales naturalmente paralelos del nanoscale del sílice vía una técnica conocida como “impregnación mojada.” Los mejores ejecutantes eran cristales varilla-dados forma que medían 8 nanómetros de diámetro y 50 nanómetros de largo, que fueron interconectados por los puentes cortos para formar liaron atados. Los manojos fueron dados forma como una esfera con un diámetro de 35 nanómetros. Mientras Que la eficiencia catalítica del metal del cobalto sí mismo era importante, Frei dijo que el factor principal detrás de la eficiencia y de la velocidad aumentadas de los manojos era su talla.

“Lo sospechamos que el área interna comparativamente muy grande de estos 35 manojos del nanómetro (donde ocurre la catálisis) era el factor principal detrás de su eficiencia creciente,” dijimos, “porque cuando produjimos manojos más grandes (65 diámetros del nanómetro), el área interna fue reducida y los manojos perdimos mucho de ese avance de la eficiencia.”

Frei y Jiao conducto otros estudios para ganar una mejor comprensión de porqué sus atados nanocrystal del óxido del cobalto son tales photocatalysts eficientes y de alta velocidad y también el observar en otros catalizadores del óxido de metal. El paso de progresión grande siguiente, sin embargo, será integrar reacción de la oxidación del agua la media con el paso de progresión de la reducción del dióxido de carbono en un tipo artificial sistema de la hoja.

“La eficiencia, la velocidad y la talla de nuestros atados nanocrystal del óxido del cobalto son comparables al Fotosistema II,” dijo a Frei. “Cuando usted descompone en factores en la abundancia de óxido del cobalto, la estabilidad de los nanoclusters bajo uso, el pH modesto y las condiciones de temperatura overpotential y suaves, creemos que tenemos un componente catalítico prometedor para desarrollar un sistema de conversión solar integrado viable del combustible. Éste es el reto importante siguiente en el campo de la fotosíntesis artificial para la producción del combustible.”

El Centro de Investigación De energía solar del Helios es utilizado por el Director, Oficina de la Ciencia, Oficina de las Ciencias Básicas de la Energía del Ministerio de los E.E.U.U. de Energía.

Last Update: 17. January 2012 03:19

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