Op zoek naar nieuwe oplossingen om zonne-energie efficiënter te oogsten en op te slaan, wetenschappers uit de VS en China hebben een nieuwe, dual-atom katalysator om te dienen als een platform voor kunstmatige fotosynthese, meldde het team vandaag in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Het team ontwikkelde een iridiumkatalysator met slechts twee actieve metaalcentra. Het meest significant, experimenten onthulden dat de katalysator een goed gedefinieerde structuur was, kan dienen als een productief platform voor toekomstig onderzoek naar de synthese van zonnebrandstof.

"Ons onderzoek betreft de technologie voor directe opslag van zonne-energie, " zei Dunwei Wang, universitair hoofddocent scheikunde aan het Boston College, een hoofdauteur van het rapport. "Het pakt de kritieke uitdaging aan dat zonne-energie intermitterend is. Het doet dit door zonne-energie direct te oogsten en de energie op te slaan in chemische bindingen, vergelijkbaar met hoe fotosynthese wordt uitgevoerd, maar met hogere efficiëntie en lagere kosten."

Onderzoekers hebben veel tijd besteed aan single-atom katalysatoren (SAC's) en hebben zelden een "atomair gedispergeerde katalysator" met twee atomen onderzocht. In een paper getiteld "Stable iridium dinuclear heterogene Catalysts ondersteund op metaaloxidesubstraat voor zonnewateroxidatie, "Het team meldt dat het een iridium dinucleaire heterogene katalysator op een gemakkelijke fotochemische manier heeft gesynthetiseerd. De katalysator vertoont een uitstekende stabiliteit en een hoge activiteit tegen wateroxidatie, een essentieel proces in natuurlijke en kunstmatige fotosynthese.

Onderzoekers die zich op dit aspect van katalyse concentreren, stuiten op specifieke uitdagingen bij de ontwikkeling van heterogene katalysatoren, die wijd in industriële chemische transformaties op grote schaal worden gebruikt. De meeste actieve heterogene katalysatoren zijn vaak slecht gedefinieerd in hun atomaire structuren, wat het moeilijk maakt om de gedetailleerde mechanismen op moleculair niveau te evalueren.

Het team kon profiteren van nieuwe technieken bij de evaluatie van katalysatoren met één atoom en een materiaalplatform ontwikkelen om belangrijke en complexe reacties te bestuderen waarvoor meer dan één actieve site nodig zou zijn.

Wang zei dat het team van onderzoekers wilde bepalen "wat de kleinste actieve en meest duurzame heterogene katalysatoreenheid voor wateroxidatie zou kunnen zijn. Eerder, onderzoekers hebben deze vraag gesteld en vonden het antwoord alleen in homogene katalysatoren, waarvan de houdbaarheid slecht was. Voor de eerste keer, we hebben een glimp van het potentieel van heterogene katalysatoren in de productie en opslag van schone energie."

Het team voerde ook röntgenexperimenten uit in de geavanceerde lichtbron van het Lawrence Berkeley National Laboratory die hielpen bij het bepalen van de structuur van de iridiumkatalysator. Ze gebruikten twee technieken:X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) en X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) in hun metingen. Deze experimenten leveren cruciaal bewijs om de nieuwe katalysator beter te begrijpen.

Wang zei dat het team verrast was door de eenvoud en duurzaamheid van de katalysator, gecombineerd met de hoge activiteit in de richting van de gewenste reactie van wateroxidatie.

Wang zei dat de volgende stappen in het onderzoek verdere optimalisatie van de katalysator voor praktisch gebruik omvatten en een onderzoek naar gebieden waar de katalysator kan worden toegepast op nieuwe chemische transformaties.