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

버클리 실험실 연구원은 인공적인 광합성을 위한 Nano 치수가 재진 Photocatalyst를 만듭니다

Published on March 10, 2009 at 6:57 PM

년의 수백만을 위해, 녹색 식물은 에너지를 햇빛에서 붙잡고 전기화학 에너지로 변환하기 위하여 광합성을 채택했습니다. 과학자의 목표는 이산화탄소와 근해에서 액체 연료를 일으키기 위하여 이용될 수 있는 광합성의 계속 인공적인 버전을 개발하기 위한 것입니다. 로오렌스 버클리 미국 에너지성을 가진 연구원은 국립 연구소 (버클리 실험실)가 지금 코발트 산화물의 결정을 nano 치수를 잰 발견을 가진 이 목표로 중요한 단계를 거친 효과적으로 나누는 물 분자의 중요한 광합성 반응을 실행할 수 있는.

인공적인 광합성 대본을 통해서 연료의 밑에, 막 안에서 내재되어 있던 nanotubes는 물 분자 (H2O)를 나누는 사건 태양 복사 (Hã)를 사용하여 녹색 잎 같이, 작동하, 연료를 일으키기 위하여 (O2) 이산화탄소 (이산화탄소)로 그 때 반작용하는 산소와 메탄올 (CH3OH)로 여기에서 보인 전자 높은 쪽으로 해방하. 결과는 또한 도움이 화석 연료의 연소에서 과도한 이산화탄소의 대기권을 제거하는 갱신할 수 있는 녹색 에너지원입니다. (플라비오 Robles의 삽화, 버클리 실험실 공무)

"산소로 물 분자의 광산화, 전자와 양성자 (수소 이온)는 인공적인 광합성 시스템의 2개의 필수적인 절반 반응의 한개입니다 - 연료로 이산화탄소를 감소시키기 위하여 필요로 한 전자를 제공합니다," Heinz Frei, 버클리 실험실의 그의 박사과정 이수 동료와 가진 Feng Jiao 이 연구를 한 물리적인 Biosciences 부를 가진 화학자를 말했습니다. "효과적인 광산화는 그 광양자를 낭비하는 것을 피하기 위하여 태양 유출에 대하여 잘 알고 있는 태양 광양자의 그것의 사용에서 능률 적이고 충분히 단단 둘 다 인 촉매를 요구합니다. 코발트 산화물 nanocrystals의 다발은 충분히 능률 적이고 단단 이고, 또한 강력하고 (마지막 장시간) 풍부합니다. 그(것)들은 완벽하게 적합했습니다 계산서를."

Frei와 Jiao는 제목이 붙은 종이에서 전표 Angewandte Chemie에 있는 그들의 연구 결과의 결과를, 보고했습니다: "Nanostructured 코발트 산화물 능률적인 산소 발전 촉매로 Mesoporous 실리카에서 클러스터합니다."는 이 연구는 Helios 태양 에너지 연구소 (Helios SERC)를 통해서, 햇빛에서 연료를 개발해 겨냥되는 폴 Alivisatos의 지도 아래 버클리 실험실에 과학적인 프로그램 실행되었습니다. Frei는 Helios SERC의 부이사로 봉사합니다.

액체 연료의 생산을 위한 인공적인 광합성은 갱신할 수 있는 것의 약속을 제안하고 그것을 의미하는 수송 에너지의 탄소 중립 근원은 그 지구 온난화에 기름과 석탄의 연소에서 결과를 기여하지 않을 것입니다. 아이디어는 근해 - 즉 인공적인 잎을 산화할 수 있는 촉매 시스템 및 태양 광양자 을 붙잡을 수 있는 단 하나 플래트홈 빛 가을걷이 시스템으로 통합해서 특정 박테리아 및 녹색 식물 를 길 봉사한 프로세스에 향상하기 위한 것입니다.

"흡광, 책임 수송 및 촉매 속성이 분리된 무기 분자 구조에 의해 통제될 수 있는 정밀도 및 융통성를 이용하기 위하여, 우리는 실리카에 있는 다핵 금속 산화물 nanoclusters로 작동하고 있습니다," Frei는 말했습니다. "초기 작업에서, 우리는 일을 하기 위하여 리듐 산화물이 능률 적이고 충분히 단단 이었다는 것을 것을을 발견했습니다, 그러나 리듐은 아주 대규모에 사용을 위해 지구에 가장 작은 풍부한 금속 및 적당합니다. 우리는 동등하게 그러나 훨씬 풍부했던." 금속을 필요로 했습니다

녹색 식물은 Photosystem를 효소를 망간 포함해서 촉매로 봉사하십시오 II이라고 칭한 단백질의 복합물 내의 물 분자의 광산화를 실행합니다. 광반응계 II 떨어져 만들어진 망간 기지를 둔 유기 금속 복합물은 근해 산화를 위한 photocatalysts로 어떤 약속을 보여주었습니다 그러나 몇몇은 수불용성 인 때문에 손해를 입고 아무도는 아주 강력합니다 없습니다. 근해에서 녹이고 코발트 산화물에 돌린 biomimetic 물자, Frei 및 Jiao 보다는 훨씬 강력할 순전히 무기 촉매를 찾기에서, 중요한 산업 촉매 인 높게 풍부한 물자. 시험될 Frei와 Jiao가 코발트 산화물의 입자를 미크론 치수를 잴 때, 입자가 photocatalysts로 봉사하기 위하여 효과 없었다는 것을 및 거의 충분히 단단 찾아냈습니다. 그러나, 그(것)들이 입자를 nano 치수를 잴 때 또 다른 이야기이었습니다.

"미크론 치수가 재진 입자 보다 높이,"는 코발트 산화물 (Co3O4) nano 치수가 재진 결정의 다발을 위한 수확량 대략 1,600 시간 이었습니다 Frei 말했습니다, "과 회전율 주파수 (속도)를 지상 (평방 미터 당 대략 1,000 와트) 에 태양 유출 에 같은." 다발 당 초당 대략 1,140의 산소 분자는 이었습니다,

Frei와 Jiao는 "젖은 임신으로 알려져 있는 기술을 통해 실리카의 자연적으로 평행한 nanoscale 채널 통신로 내의 그들의 코발트 nanocrystals를 증가하는 그들의 비계로 이용했습니다 mesoporous 실리카를." 최고 연예인은 직경에 있는 8개 나노미터를 측정하는 로드 모양 결정이고 짧은 브리지에 의해 형성하기 위하여 상호 연락한 길이의 50 나노미터는, 다발을 묶었습니다. 뭉치는 35 나노미터의 직경을 가진 구체 같이 모양 이었습니다. 코발트 금속의 촉매 효율성 자체가 중요한 동안, Frei는 뭉치의 강화한 효율성 그리고 속도의 뒤에 중요 요인이 그들의 규모이었다고 말했습니다.

"우리는 더 큰 뭉치 (65 나노미터 직경)가 우리에 의하여 생성할 때, 내부 지역이 감소되었기 때문에 이 35 나노미터 뭉치의 비교해 보면 아주 큰 내부 지역이 (촉매 작용이 일어나는지 곳에) 그들의 증가한 효율성의 뒤에 주요 요인이었다는 것을 의심하고," 그를 말했습니다, "뭉치는 분실했습니다 그 효율성 이익의 다량을."

왜의 얻기 위하여 그들의 코발트 산화물 nanocrystal 다발이 그밖 금속 산화물 촉매로 그 같은 능률 및 고속 photocatalysts 및 또한 보는인지 Frei와 Jiao는 추가 더 나은 이해를 연구할 것이습니다. 다음 큰 단계는, 그러나, 인공적인 잎 모형 시스템에 있는 이산화탄소 감소 단계를 가진 근해 산화 절반 반응을 통합하기 위한 것일 것입니다.

"우리의 코발트 산화물 nanocrystal 다발의 효율성, 속도 및 규모 광반응계 II에 대등합니다,"는 Frei를 말했습니다. "사용의 밑에 코발트 산화물의 풍부에서, nanoclusters의 안정성, 겸손한 overpotential와 온화한 PH 및 온도 조건 인수 분해할 때, 우리는 우리는 실행 가능한 통합 태양 연료 변환 시스템 개발을 위한 유망한 촉매 분대가 있다는 것을 믿습니다. 이것은입니다 연료 생산을 위한 인공적인 광합성의 필드에 있는 다음 중요한 도전."

Helios 태양 에너지 연구소는 디렉터, 과학의 사무실, 미국 에너지성의 기본적인 에너지 과학의 사무실에 의해 지원됩니다.

Last Update: 14. January 2012 12:04

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