Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Исследователя Лаборатории Беркли Создают Nano-Определенный размер Photocatalyst для Искусственного Фотосинтеза

Published on March 10, 2009 at 6:57 PM

Для миллионов лет, зеленые заводы использовали фотосинтез для того чтобы захватить энергию от солнечного света и преобразовать его в электрохимическую энергию. Цель научных работников начать искусственную версию фотосинтеза которую можно использовать для того чтобы произвести жидкостные топлива от углекислого газа и воды. Исследователя с Министерством Энергетики США Лоренс Беркли Национальная Лаборатория (Лаборатория Беркли) теперь предпринимала меры критический шаг к этой цели с открытием которое nano-определило размер кристаллы окиси кобальта может эффектно унести критическую фотосинтетическую реакцию разделяя молекул воды.

Под топливом через искусственний сценарий фотосинтеза, nanotubes врезанные внутри мембрана подействовали бы как зеленые листья, используя солнечное излучение случая (Hã) для того чтобы разделить молекулы воды (H2O), освобождающ вверх по электронам и кислороду (O2) которые после этого реагируют с углекислым газом (СО2) для того чтобы произвести топливо, показанным здесь как метанол (CH3OH). Результат зеленый источник способный к возрождению энергии которому также помощь scrub атмосфера чрезмерно углекислого газа от горения каменных углей. (Иллюстрация Flavio Robles, Общественные Дела Лаборатории Беркли)

«Фотоокисление молекул воды в кислород, электроны и протоны (ионы водопода) одна из 2 необходимых половинных реакций искусственной системы фотосинтеза - она обеспечивает электроны необходимо для уменьшения углекислого газа к топливу,» сказал Хайнц Frei, химика с Разделением Биологических наук Лаборатории Беркли Физическим, которое дирижировало это исследование с его postdoctoral собратом Feng Jiao. «Эффективное фотоокисление требует катализатора который и эффективн в своей пользе солнечных фотонов и быстр достаточно держать вверх при солнечное во избежании потока расточительствуя те фотоны. Группы nanocrystals окиси кобальта достаточно эффективны и быстры, и также робастны (последн долгое время) и обильны. Они совершенно приспосабливать счет.»

Frei и Jiao сообщали результаты их изучения в журнале Angewandte Chemie, в озаглавленной бумаге: «Окись Кобальта Nanostructured Связывает в Кремнеземе Mesoporous как Эффективные Кислород-Эволюционируя Катализаторы.» Это исследование было выполнено через Исследовательскийа Центр Солнечной Энергии Helios (Helios SERC), научная программа на Лаборатории Беркли под руководством Паыля Alivisatos, который направляют на превращаясь топлива от солнечного света. Frei служит как заместитель директора Helios SERC.

Искусственний фотосинтез для продукции жидкостных топлив предлагает посыл способного к возрождению и углерод-нейтральный источник энергии перевозки, его не внести вклад в глобальное потепление которое приводит к от горения масла и угля. Идея улучшить на процессе который длинн-служил зеленые заводы и одни бактерии путем интегрировать в системы одиночной платформы свет-которые могут захватить солнечные фотоны и каталитические системы которые могут окислить воду - иначе говоря, искусственние листья.

«Принять преимущество гибкости и точности которой светлая абсорбциа, переход обязанности и каталитические свойства может быть проконтролирована дискретными неорганическими молекулярными структурами, мы работали с полинуклеаровыми nanoclusters окиси металла в кремнеземе,» Frei сказало. «В более предыдущей работе, мы нашли что окись иридия была эффективна и быстра достаточно для того чтобы сделать работу, но иридий наименьший обильный металл на земле и не соответствующ для пользы на очень большом диапазоне. Нам был нужен металл который был поровну эффективн но далеко более обильн.»

Зеленые заводы выполняют фотоокисление молекул воды внутри комплекс протеинов вызванных Photosystem II, в котором марганц-содержащ энзимы служите как катализатор. Марганц-Основанные металлоорганические комплексы моделированные с Photosystem II показали некоторый посыл как photocatalysts для оксидации воды но некоторые терпят от быть воднонерастворимы и никакие очень робастны. В искать чисто неорганические катализаторы которые растворили бы в воде и были бы далеко более робастны чем biomimetic материалы, Frei и Jiao повернутые к окиси кобальта, сильно обильный материал который важный промышленный катализатор. Когда испытанные Frei и Jiao микрон-определили размер частицы окиси кобальта, они нашли частицы были неработоспособны и не почти быстро достаточно для служения как photocatalysts. Однако, когда они nano-определили размер частицы было другой вопрос.

«Выход для групп кристаллов окиси кобальта (Co3O4) nano-определенных размер был около 1.600 времен более высоко чем для микрон-определенных размер частиц,» сказал Frei, «и частоту оборачиваемости (скорость) были около 1.140 молекул кислорода в секунду в группу, которая соответствующая с солнечным на уровне земли потока (приблизительно 1.000 Ватт на квадратный метр).»

Frei и Jiao использовали mesoporous кремнезем как их ремонтина, их nanocrystals кобальта внутри естественно параллельные каналы nanoscale кремнезема через метод известный как «влажная вкрапленность.» Самые лучшие совершители были штанг-форменными кристаллами измеряя 8 нанометров в диаметре и 50 нанометров в длине, которые были соединены короткими мостами для того чтобы сформировать связали группы. Пачки были форменны как сфера с диаметром 35 нанометров. Пока каталитическая эффективность сама металла кобальта была важна, Frei сказало что главный фактор за увеличенными эффективностью и скоростью пачек был их размером.

«Мы подозрюем что сравнительно очень большая внутренняя зона этих 35 пачек нанометра (где катализирование осуществляет) был главным образом фактором за их увеличенной эффективностью,» его сказали, «потому что когда мы произвели более большие пачки (65 диаметров нанометра), внутренняя область была уменьшена и пачки потеряли много из того увеличения эффективности.»

Frei и Jiao будут дирижировать более дополнительные изучения для того чтобы приобрести более лучшее вникание почему их группы окиси кобальта nanocrystal такие эффективные и высокоскоростные photocatalysts и также смотреть в другие катализаторы окиси металла. Следующий большой шаг, однако, будет интегрировать реакцию оксидации воды половинную с шагом уменьшения углекислого газа в искусственний тип систему листьев.

«Эффективность, скорость и размер наших групп окиси кобальта nanocrystal соответствовал к Photosystem II,» сказал Frei. «Когда вы факторизуете в обилии окиси кобальта, стабилности nanoclusters под пользой, скромном overpotential и слабых пэ-аш и температурных условиях, мы верим что мы имеет перспективнейший каталитический компонент для начинать жизнеспособную интегрированную солнечную систему преобразования топлива. Это следующая важная возможность в поле искусственного фотосинтеза для продукции топлива.»

Исследовательскийа Центр Солнечной Энергии Helios поддержан Директором, Офисом Науки, Офисом Основных Наук Энергии Министерства Энергетики США.

Last Update: 14. January 2012 10:47

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