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

Berkeley LabbForskare Skapar Nano-Storleksanpassad Photocatalyst för Konstgjord Photosynthesis

Published on March 10, 2009 at 6:57 PM

För miljoner av år har gräsplanväxter använt photosynthesis till tillfångatagandeenergi från solljus och konverterar den in i electrochemical energi. Ett mål av forskare har varit att framkalla en konstgjord version av photosynthesis som kan vara van vid jordbruksprodukterflytande tankar från koldioxid och bevattnar. Forskare med U.S.-Avdelningen av Energis Laboratoriumet för den Lawrence Berkeley Medborgare (det Berkeley Labbet) har nu tagit ett kritiskt kliver in mot detta mål med upptäckten som nano-storleksanpassade kristaller av koboltoxiden kan effektivt bära ut den kritiska photosynthetic reaktionen av att dela bevattnar molekylar.

Under tanka till och med konstgjort photosynthesisscenario agerar nanotubes inbäddade inom ett skulle membran något liknandegräsplan lämnar, genom att använda infalla sol- utstrålning (Hã) till splittring bevattnar molekylar (H2O) och att frigöra upp elektroner och syre (O2), som reagerar därefter med koldioxid (CO2) till jordbruksprodukter en tanka som här visas som methanol (CH3OH). Resultatet är en förnybar grön energikälla som hjälp skurar också atmosfären av överdriven koldioxid från bränningen av fossil tankar. (Illustration av Flavio Robles, Berkeley LabbStatlig affär)

”Bevattnar Photooxidation av molekylar in i syre, är elektroner och protons (vätejoner) en av de två nödvändiga halva reaktionerna av ett konstgjort photosynthesissystem - det ger elektronerna som behövs för att förminska koldioxid till en tanka,”, sade Heinz Frei, en kemist med det Berkeley Labb Uppdelning för Biosciences för Läkarundersökning, som förade denna forskning med hans postdoctoral kamrat Feng Jiao. ”Kräver fastar Effektiv photooxidation en katalysator, som är både effektiv i dess bruk av sol- fotoner, och nog uppehället upp med sol- flux för att undvika slöseri de fotoner. Samla i en klunga av koboltoxidnanocrystals är tillräckligt effektivt och fastar och är också robustt (sist en lång tid) och överflödande. Dem som perfekt är färdiga räkningen.”,

Frei och Jiao har anmält resultaten av deras studie i föra journal över Angewandte Chemie, i berättigat ett pappers-: ”Samla i en klunga den Nanostructured KoboltOxiden i den Mesoporous Silicaen som Effektiva Syre-Evolving Katalysatorer.”, Denna forskning utfördes till och med den Sol- EnergiForskningscentrat för Helios (Helios SERC), ett vetenskapligt program på det Berkeley Labbet under riktningen av Paul Alivisatos, som siktas på framkallning tankar från solljus. Frei servar som ställföreträdande direktör av Helios SERC.

Konstgjord flytande för photosynthesis tankar för tillverkning av erbjudanden löftet av ett förnybart, och kol-friläget källan av trans.energi som var menande skulle den, för att inte bidra till den globala värmen resultat från bränningen av olja och kol. Idén är att förbättra på det processaa som lång-har tjänat som gröna växter, och bestämda bakterier, genom att integrera in i en singelplattformljus-plockning system, som kan sol- fotoner för tillfångatagandet, och katalytiska system, som kan oxidera, bevattnar - med andra ord, en konstgjord leaf.

”Att ta fördel av böjligheten och precisionen, som ljus absorbering, laddningstransport och katalytisk rekvisita kan kontrolleras av av åtskild oorganiskt molekylärt, strukturerar, oss har varit funktionsdugligt med polynuclear belägger med metall oxidnanoclusters i silica,”, sade Frei. ”I tidigare arbete, grundar vi att iridiumoxiden var effektiv och fastar nog för att göra jobbet, men iridium är det least överflödande belägger med metall på jord och inte passande för bruk på ett mycket stort fjäll. Vi behövde en belägga med metall som var lika effektiv men långt mer överflödande.”,

Gräsplanväxter utför photooxidationen av bevattnar molekylar inom ett komplex av proteiner som kallas Photosystem II, i som manganese-innehålla enzymserve som katalysatorn. Manganese-Baseras organometallic komplex som modelleras av Photosystem II, har visat att något löfte som photocatalysts för bevattna oxidation men några lider från att vara bevattnar - olösligt och inga mycket robustt. I att söka efter renodlat oorganiska katalysatorer, som skulle, upplösa bevattnar och skulle in är långt mer robustt än biomimetic material, Frei och Jiao som vänds till koboltoxiden, ett högt överflödande materiellt som är en viktig industriell katalysator. Då testade Frei och Jiao mikron-storleksanpassade partiklar av koboltoxiden, grundar de partiklarna var ineffektiva och inte nästan att fasta nog till serven som photocatalysts. Emellertid då de nano-storleksanpassade partiklarna, var det en annan berättelse.

”Samla i en klunga avkastningen för av nano-storleksanpassade kristaller för koboltoxid (Co3O4) var omkring 1.600 tider higher, än för mikron-storleksanpassade partiklar,”, sade Frei, ”och omsättningfrekvensen (rusa), var omkring 1.140 syremolekylar per understöder per samla i en klunga, som är commensurate med sol- flux på markplan (ungefärligt 1.000 Watt per kvadrerar mäter).”,

Frei och Jiao använde den mesoporous silicaen som deras scaffold som växer deras koboltnanocrystals inom den naturligt parallella nanoscalen, kanaliserar av silicaen via en bekant teknik, som ”blöta impregnation.”, De bäst aktörerna var stång-formade kristaller som mäter 8 nanometers i diameter, och 50 nanometers i längden, som interconnected av kort stavelse, överbryggar för att bilda buntat samla i en klunga. Packarna var den formade något liknande per sphere med en diameter av 35 nanometers. Fördriva den katalytiska effektiviteten av koboltet belägger med metall sig var viktigt, sade Frei att ha som huvudämne dela upp i faktorer bak den förhöjda effektiviteten och rusar av packarna var deras storleksanpassar.

”Misstänker Vi att det jämförelsevis mycket stora inre området av dessa 35 nanometerpackar (var catalysisen äger rum) var det huvudsakligt dela upp i faktorer bak deras ökande effektivitet,”, sade han, ”, därför att, då vi producerade större packar (65 nanometerdiametrar), förminskades det inre området och packarna som var borttappada mycket av den effektivitetsvinst.”,

Ska Frei och Jiao förar mer ytterligare studier att nå en bättre överenskommelse av därför deras nanocrystal koboltoxid samla i en klunga är sådan effektiva och snabba photocatalysts och också se in i annat belägga med metall oxidkatalysatorer. De nästa stora kliver, emellertid ska var att integrera bevattnaoxidationen som halv reaktion med koldioxidförminskningen kliver i ett konstgjort leaftypsystem.

”Rusar storleksanpassar effektiviteten, och av vår nanocrystal koboltoxid samla i en klunga är jämförbar till Photosystem II,”, sade Frei. ”När du dela upp i faktorer i överflödet av koboltoxiden, villkorar stabiliteten av nanoclustersna under bruk, den blygsamma den overpotential och milda pHen och temperaturen, oss tror oss har ett lova katalytiskt del- för framkallning ett livsdugligt inbyggt sol- för att tanka omvandlingssystemet. Denna är den nästa viktiga utmaningen i sätta in av konstgjord photosynthesis för tankar produktion.”,

Den Sol- EnergiForskningscentrat för Helios stöttas av Direktören, Kontoret av Vetenskap, Kontoret av Grundläggande EnergiVetenskaper av U.S.-Avdelningen av Energi.

Last Update: 24. January 2012 12:57

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