Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Os pesquisadores de Berkeley Lab Criar Nano-Sized fotocatalisador para Fotossíntese Artificial

Published on March 10, 2009 at 6:57 PM

Durante milhões de anos, as plantas verdes têm empregado a fotossíntese para capturar a energia da luz solar e convertê-lo em energia eletroquímica. A meta dos cientistas foi o de desenvolver uma versão artificial da fotossíntese que podem ser usados ​​para produzir combustíveis líquidos a partir de dióxido de carbono e água. Pesquisadores do Departamento de Energia dos EUA, Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) já deu um passo fundamental nesse sentido com a descoberta de que tamanho nano cristais de óxido de cobalto pode efetivamente realizar a reação da crítica fotossintética de dividir moléculas de água.

Sob o combustível através cenário fotossíntese artificial, nanotubos incorporados dentro de uma membrana agiria como folhas verdes, utilizando a radiação solar incidente (HA) para dividir moléculas de água (H2O), liberando elétrons e oxigênio (O2) que, então, reagir com o dióxido de carbono (CO2 ) para produzir um combustível, mostrada aqui como o metanol (CH3OH). O resultado é uma fonte renovável de energia verde que também ajuda a esfregar a atmosfera de dióxido de carbono excessivo da queima de combustíveis fósseis. (Ilustração de Flavio Robles, Assuntos Berkeley Lab Pública)

"Fotooxidação de moléculas de água em oxigênio, elétrons e prótons (íons de hidrogênio) é uma das duas meias reações essenciais de um sistema de fotossíntese artificial - que fornece os elétrons necessários para reduzir o dióxido de carbono a um combustível", disse Heinz Frei, um químico com Física Berkeley Lab Biosciences Division, que conduziu esta investigação com o seu companheiro postdoctoral Feng Jiao. "Fotooxidação eficaz requer um catalisador que é tanto eficiente em seu uso de fótons solares e rápido o suficiente para manter-se com fluxo solar, a fim de evitar o desperdício desses fótons. Cachos de nanocristais de óxido de cobalto são suficientemente rápidos e eficientes, e também são robustos (duram muito tempo) e abundante. Eles se encaixam perfeitamente a conta. "

Frei e Jiao relataram os resultados de seu estudo na revista Angewandte Chemie, em um artigo intitulado: "Clusters Nanoestruturados Óxido de cobalto em sílica mesoporosa tão eficiente Oxygen-Evolving Catalisadores." Esta pesquisa foi realizada através da Helios Solar Energy Research Center (Helios SERC), um programa científico no laboratório de Berkeley sob a direção de Paul Alivisatos, que visa o desenvolvimento de combustíveis a partir de luz solar. Frei serve como vice-diretor da Helios SERC.

Fotossíntese artificial para a produção de combustíveis líquidos oferece a promessa de uma fonte renovável e carbono-neutro de transporte, energia o que significa que não contribuiria para o aquecimento global que resulta da queima de petróleo e carvão. A idéia é melhorar o processo que há muito tem servido plantas verdes e certas bactérias, integrando em uma única plataforma decolheita sistemas que podem capturar fótons solares e sistemas de catalisador que pode oxidar água - em outras palavras, uma folha artificial.

"Para aproveitar a flexibilidade ea precisão com que a absorção de luz, transporte de carga e propriedades catalíticas podem ser controlados por discreta inorgânicos estruturas moleculares, temos vindo a trabalhar com nanopartículas de óxido de metal polinucleares em sílica", disse Frei. "Em trabalhos anteriores, descobrimos que o óxido de irídio foi eficiente e rápido o suficiente para fazer o trabalho, mas irídio é o metal menos abundante na terra e não é adequado para uso em uma escala muito grande. Precisávamos de um metal que foi igualmente eficaz, mas muito mais abundante. "

Plantas verdes realizar a oxidação de moléculas de água dentro de um complexo de proteínas chamadas Fotossistema II, em que o manganês contendo enzimas servir como catalisador. À base de manganês complexos organometálicos modelado off Fotossistema II têm mostrado alguma promessa como fotocatalisadores para a oxidação da água, mas alguns sofrem de serem insolúveis em água e nenhum é muito robusto. Na procura de catalisadores puramente inorgânicos que se dissolvem na água e seria muito mais robusto do que os materiais biomiméticos, Frei e Jiao virou-se para óxido de cobalto, um material altamente abundante, que é um catalisador importante industrial. Quando Frei e Jiao testado micro-empresas partículas de óxido de cobalto, eles descobriram que as partículas eram ineficientes e não quase rápido o suficiente para servir como fotocatalisadores. No entanto, quando de tamanho nano partículas era outra história.

Last Update: 7. October 2011 07:35

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