De natuur is best goed in het doen van bepaalde soorten scheikunde. Bijvoorbeeld, water wordt continu omgezet in zijn bestanddelen, zuurstof, protonen, en elektronen, en weer terug als een manier om energie op te slaan en te gebruiken door planten en dieren. Technologieën die gebaseerd zijn op natuurlijke chemische routes kunnen helpen om aan de groeiende vraag naar energie van de mensheid te voldoen. Gespecialiseerde enzymen die in plantaardige en dierlijke cellen aanwezig zijn voor bepaalde chemische reacties, hebben chemici geïnspireerd om natuurlijke processen in kunstmatige zonnecellen en brandstofcellen te reproduceren.

Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van de Kyushu University hebben een enkele katalysator ontwikkeld die zowel kan fungeren als een brandstofcel die waterstof verbruikt om energie vrij te maken, als een fotosynthetisch systeem dat in staat is om zuurstof te maken met behulp van zonne-energie. De groep rapporteerde onlangs hun bevindingen in ChemCatChem .

"Mensen hebben eerder geprobeerd het gedrag van hydrogenase en fotosysteem II kunstmatig te repliceren, " zegt corresponderende auteur professor Seiji Ogo van de Kyushu University. "Maar onze studie is de eerste studie die deze twee zeer specifieke biologische functies combineert in een enkel katalytisch systeem dat beide kan doen."

Hydrogenase is een enzym dat in organismen aanwezig is en werkt als een natuurlijke brandstofcel, waterstof verbruiken voor energie. Met Photosystem II kunnen planten onder zonlicht water in zuurstof omzetten. Beide processen omvatten oxidaties, waar ofwel waterstof- of watermoleculen een deel van hun elektronen afstaan.

De onderzoekers synthetiseerden een katalysator die het metaal iridium bevat, die in staat is een aantal elektronen op te nemen en af ​​te geven. Ze toonden aan dat in een brandstofcel, hun katalysator produceerde elektrisch vermogen door elektronen uit waterstof te accepteren. Door de ondersteunende materialen in de katalysator te veranderen, kan energie worden opgewekt uit zonlicht via een cyclus waarbij water wordt geoxideerd.

De onderzoekers slaagden erin de chemische stof te isoleren en röntgendiffractie te gebruiken om voor het eerst nieuwe inzichten te verschaffen in de structuur en het gedrag ervan als katalysator. Corresponderende auteur Professor Seiji Ogo zegt:"Het vermogen van ons systeem is nog steeds vrij laag voor praktische toepassingen, maar dit werk vertegenwoordigt een unieke demonstratie van twee verschillende soorten energieopwekkingsprocessen uit een enkele katalysator. We hopen dat deze bevindingen zullen aantonen dat chemici nog veel te leren hebben van natuurlijke processen."