Projetando uma folha artificial que usa energia solar para converter água barata e eficiente em hidrogênio e oxigênio é um dos objetivos da BISfuel - Centro de Pesquisa de Energia Frontier, financiado pelo Departamento de Energia, no Departamento de Química e Bioquímica da Universidade Estadual do Arizona .
O hidrogénio é um importante combustível em si, e serve como um reagente indispensável para a produção de combustíveis de hidrocarbonetos leves a partir de estoques de alimentação de petróleo pesado. A sociedade requer uma fonte renovável de combustível que é amplamente distribuído, abundante, barata e ambientalmente limpa.
"Inicialmente, a nossa folha artificial não funcionou muito bem, e os nossos estudos de diagnóstico sobre por que indicou que uma etapa onde uma reação química rápida tinha que interagir com uma reação química lenta não foi eficiente", disse o professor de química ASU Thomas Moore. "A uma rápida é a etapa em que a energia de luz é convertida em energia química, e a uma lenta é a etapa em que a energia química que é usada para converter a água nos seus elementos viz. hidrogênio e oxigênio. "
Os pesquisadores levaram uma olhada em como a natureza havia superado um problema relacionado na parte do processo de fotossíntese, onde a água é oxidado para produzir oxigênio.
"Nós olhamos em detalhes e descobriu que a natureza tinha usado um passo intermediário", disse Moore. "Este passo intermediário que participa de um relé para os elétrons em que uma metade do relé interagiram com o passo rápido de uma forma optimizada para satisfazê-lo, ea outra metade do revezamento, em seguida, teve tempo para fazer o passo lento de oxidação da água de uma forma eficiente caminho. "
Eles, então, projetou um relé artificial baseado em um natural e foram recompensados com uma grande melhoria.
Um centro de reação fotossintética artificial contendo um relé eletrônico de inspiração biológica (amarelo) imita alguns aspectos da fotossíntese. Crédito da imagem: ASU
Buscando entender o que tinha conseguido, a equipe então olhou em detalhes em nível atômico para descobrir como isso pode funcionar. Eles utilizaram a cristalografia de raios-X e técnicas de espectroscopia de ressonância magnética e óptica para determinar o ambiente electromagnético local dos electrões e protões que participam no relé, e com a ajuda da teoria (protões acoplados mecanismo de transferência de electrões), identificaram uma característica estrutural única do retransmissão. Esta era uma ligação muito curto entre um átomo de hidrogénio e um átomo de azoto que facilita o funcionamento correcto do relé.
Eles também descobriram características magnéticas sutis da estrutura eletrônica do relé artificial que espelhava as encontradas no sistema natural.
Não só o sistema artificial foi melhorada, mas a equipe entenda melhor como o sistema natural funciona. Isto será importante como os cientistas a desenvolver a abordagem folha artificial de forma sustentável o aproveitamento da energia solar necessária para fornecer a comida, combustível e fibras que as necessidades humanas são cada vez mais exigentes.
ASU professores de química envolvidos neste projeto específico incluem Thomas Moore, Devens Gust, Ana Moore e Vladimiro Mujica. O departamento é uma unidade do Colégio de Artes Liberais e Ciências. Colaboradores-chave neste trabalho são Oleg Poluektov e Tijana Rajh do Argonne National Laboratory.
Referência:
- " Um relé redox bioinspirado que imita interações radicais dos Tyr-Seus pares de fotossistema II "- Jackson D. Megiatto Jr, Dalvin D. Méndez-Hernández, Marely E. Tejeda-Ferrari, Anne-Lucie Teillout, Manuel J. Llansola- Portolés, Gerdenis Kodis, Oleg G. Poluektov, Tijana Rajh, Vladimiro Mujica, Thomas L. GROY, Devens Gust, Thomas A. Moore & Ana L. Moore - Nature Chemistry (2014) - doi: 10.1038/nchem.1862
Fonte: ASU
Explorar mais:
Vídeo cortesia da General Electric
- 'Folha artificial' produz combustível a partir de luz solar " - Célula solar ligado ao catalisador desenvolvido recentemente pode aproveitar o sol, a água dividindo-se em hidrogênio e oxigênio. - MIT - 29 setembro de 2011.
Imagem em destaque: Screenshot do vídeo do YouTube (Crédito: General Electric)
Nenhum comentário:
Postar um comentário