โพสต์ยอดนิยม

ตัวเลือกของบรรณาธิการ - 2019

ใบประดิษฐ์ข้ามอุปสรรคการพัฒนา

Anonim

นักวิทยาศาสตร์ของ ASU พร้อมด้วยเพื่อนร่วมงานที่ Argonne National Laboratory รายงานในฉบับออนไลน์ทางออนไลน์ในช่วงต้น ๆ ของ Nature Chemistry รายงานความก้าวหน้าในการปรับปรุงใบประดิษฐ์ที่สมบูรณ์แบบ

การโฆษณา


การออกแบบใบประดิษฐ์ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในการแปลงน้ำอย่างประหยัดและมีประสิทธิภาพเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนเป็นหนึ่งในเป้าหมายของ BISfuel - ศูนย์วิจัยชายแดนด้านพลังงานซึ่งได้รับทุนจากกรมพลังงานในภาควิชาเคมีและชีวเคมีที่รัฐแอริโซนา มหาวิทยาลัย.

ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่สำคัญในตัวเองและทำหน้าที่เป็นตัวทำละลายที่จำเป็นสำหรับการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักเบาจากแหล่งอาหารสัตว์น้ำมันหนัก สังคมต้องใช้แหล่งเชื้อเพลิงหมุนเวียนที่มีการกระจายกันอย่างแพร่หลายอุดมสมบูรณ์ไม่แพงและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

สังคมต้องการไฮโดรเจนราคาถูก

"ตอนแรกใบประดิษฐ์ของเราไม่ค่อยดีนักและการศึกษาเกี่ยวกับการวินิจฉัยว่าทำไมเราจึงชี้ให้เห็นว่าขั้นตอนที่ปฏิกิริยาทางเคมีอย่างรวดเร็วมีปฏิกิริยากับปฏิกิริยาทางเคมีที่ช้าไม่ได้ผล" ศาสตราจารย์โธมัสมัวร์ของ ASU กล่าว "ขั้นตอนอย่างรวดเร็วคือขั้นตอนที่พลังงานแสงถูกแปลงเป็นพลังงานเคมีและขั้นตอนที่ช้าคือขั้นตอนที่พลังงานเคมีถูกนำมาใช้เพื่อเปลี่ยนน้ำให้เป็นองค์ประกอบของธาตุเช่นไฮโดรเจนและออกซิเจน"

นักวิจัยได้ศึกษาลักษณะของธรรมชาติที่เอาชนะปัญหาที่เกี่ยวข้องในกระบวนการสังเคราะห์แสงซึ่งน้ำจะถูกออกซิไดซ์เพื่อให้ออกซิเจน

"เรามองในรายละเอียดและพบว่าธรรมชาติได้ใช้ขั้นตอนตรงกลาง" มัวร์กล่าว ขั้นตอนขั้นกลางนี้เกี่ยวข้องกับการถ่ายทอดอิเล็กตรอนซึ่งครึ่งหนึ่งของรีเลย์มีปฏิสัมพันธ์กับขั้นตอนที่รวดเร็วในวิธีที่ดีที่สุดเพื่อตอบสนองความมันและอีกครึ่งหนึ่งของรีเลย์แล้วมีเวลาที่จะทำขั้นตอนช้าของการเกิดออกซิเดชันของน้ำที่มีประสิทธิภาพ วิธี."

จากนั้นพวกเขาออกแบบถ่ายทอดเทียมตามธรรมชาติและได้รับการตอบแทนด้วยการปรับปรุงที่สำคัญ

เมื่อต้องการทำความเข้าใจกับสิ่งที่พวกเขาประสบความสำเร็จทีมงานได้ดูรายละเอียดในระดับอะตอมเพื่อหาวิธีการนี้ พวกเขาใช้ผลึกเอ็กซ์เรย์และเทคนิคการสะท้อนแสงและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเพื่อตรวจสอบสภาพแวดล้อมแม่เหล็กไฟฟ้าในท้องถิ่นของอิเล็กตรอนและโปรตอนที่มีส่วนร่วมในการถ่ายทอดและด้วยความช่วยเหลือของทฤษฎี (กลไกการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโปรตอนคู่) ระบุคุณลักษณะโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ของ ถ่ายทอด นี่เป็นพันธะสั้นที่ผิดปกติระหว่างอะตอมไฮโดรเจนกับอะตอมไนโตรเจนที่ช่วยในการทำงานของรีเลย์

นอกจากนี้ยังพบคุณสมบัติแม่เหล็กที่ละเอียดอ่อนของโครงสร้างอิเล็คทรอนิคส์ของรีเลย์เทียมที่สะท้อนถึงสิ่งที่พบในระบบธรรมชาติ

ไม่เพียง แต่ระบบเทียมได้รับการปรับปรุงเท่านั้น แต่ทีมงานเข้าใจดีขึ้นว่าระบบธรรมชาติทำงานอย่างไร นี้จะมีความสำคัญเป็นนักวิทยาศาสตร์พัฒนาวิธีการใบประดิษฐ์เพื่อการควบคุมอย่างยั่งยืนพลังงานแสงอาทิตย์ที่จำเป็นในการจัดหาอาหารเชื้อเพลิงและเส้นใยที่มนุษย์ต้องการมีความต้องการมากขึ้น

ศาสตราจารย์เคมี ASU ที่เกี่ยวข้องกับโครงการเฉพาะ ได้แก่ Thomas Moore, Devens Gust, Ana Moore และ Vladimiro Mujica แผนกนี้เป็นหน่วยงานของวิทยาลัยศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ ผู้ร่วมทำงานหลักในงานนี้ ได้แก่ Oleg Poluektov และ Tijana Rajh จาก Argonne National Laboratory

งานนี้จะเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการมีส่วนร่วมของนักวิทยาศาสตร์จำนวนมากที่ได้รับการขับเคลื่อนด้วยเป้าหมายร่วมกันและได้รับการประสานงานโดยโครงการดังกล่าวเช่นศูนย์วิจัยขอบข่ายงานด้านพลังงาน (Energy Frontier Research Center) เพื่อนำมารวมกันของทักษะระดับสูงไว้ในตารางการวิจัย

กรม Chemisry และ Biocehmistry เป็นหน่วยการศึกษาในวิทยาลัยศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ของ ASU

การโฆษณา



เรื่องราวที่มา:

วัสดุที่จัดโดย วิทยาลัยศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์มหาวิทยาลัยรัฐแอริโซนา หมายเหตุ: อาจมีการแก้ไขเนื้อหาสำหรับรูปแบบและความยาว


Journal Reference :

  1. 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, โธมัสเอ. มัวร์, Ana L. Moore bioinspired รีดอกซ์ปฏิกิริยาที่ลอกเลียนแบบการมีปฏิสัมพันธ์ของคู่ Tyr - คู่ photosystem ii เคมีธรรมชาติ, 2014; DOI: 10.1038 / nchem.1862