Het publiceren van een wetenschappelijk artikel met grote impact is een prestatie van formaat voor onderzoekers. Op de omslag van het tijdschrift staan ​​is nog beter.

Een nieuwe studie schetst vorderingen op het gebied van katalyseonderzoek, met brede toepassingen voor innovatieve energietechnologie.

Garry Moore, een assistent-professor aan de School of Molecular Sciences en een onderzoeker bij het Biodesign Center for Applied Structural Discovery, en zijn team wonnen de felbegeerde eer toen hun onderzoeksartikel, "Elektrokatalytische eigenschappen van binucleaire Cu (II) gefuseerde porfyrinen voor waterstofevolutie, " werd geselecteerd voor de omslag van de oktobereditie van ACS Katalyse .

Moore's afgestudeerde studenten, Diana Khusnutdinova en Brian Wadsworth, waren de hoofdauteurs van het onderzoek. Jason Drees, voormalig multimedia-ontwikkelaar voor Biodesign ontwierp de omslag van het tijdschrift.

"Het is altijd een genoegen om anderen speciale aandacht te geven aan het onderzoek van mijn groep, ' zei Moor.

Opgericht in 2011, ACS Katalyse is een peer-reviewed tijdschrift dat manuscripten publiceert over experimenteel en theoretisch onderzoek naar materialen en moleculen die katalytisch van aard zijn. Katalysatoren spelen een essentiële rol in energieconversieprocessen in biologie en technologie. Ze zorgen voor energiezuinige routes voor chemische reacties en vinden hun weg naar toepassingen variërend van brandstofproductie tot het begeleiden van de bio-energetische reacties die essentieel zijn voor alle levende organismen.

Het laboratorium van Moore bestudeert de manieren waarop katalytische materialen aangedreven door fotovoltaïsche cellen energie kunnen produceren om aan de behoeften van de mens te voldoen, terwijl de impact op het milieu wordt geminimaliseerd. Volgens Moor, hun studies zijn geïnspireerd op het proces dat planten en andere fotosynthetische organismen gebruiken om zonlicht om te zetten in brandstoffen door middel van een reeks fotochemische reacties.

"Dit proces drijft onze biosfeer aan en leverde de fossiele brandstoffen waarop onze moderne samenlevingen vertrouwen, ' zei Moor.

De omslagillustratie illustreert de moleculaire structuur van de gerapporteerde katalysator, een tweekernige koper(II)-gefuseerde porfyrine die is samengesteld uit twee porfyrine-macrocycli, evenals de vereniging van twee protonen om waterstof (H2) te synthetiseren. De studie onderzoekt de elektrokatalytische eigenschappen van de porfyrinen in deze waterstofevolutiereactie.

"In onze recente ACS Katalyse publicatie beschrijven we een nieuwe klasse van katalysatoren voor het aansturen van de waterstofevolutiereactie (HER), " zei Moore. "Het product van deze reactie is een brandstof en een belangrijke chemische grondstof. De gerapporteerde katalysator gebruikt een moleculair raamwerk om twee kopermetaalcentra te huisvesten. Onder passende voorwaarden, een enkel molecuul van de katalysator produceert meer dan 2, 000, 000 moleculen waterstof per seconde. Deze snelheidsconstante is een van de hoogste die in de literatuur wordt gerapporteerd."

Door de fysische en chemische eigenschappen van deze elektrokatalysatoren te begrijpen, Moore gelooft dat verdere verbetering van hun katalytische eigenschappen mogelijk is.

Nu de vraag naar menselijke energie snel toeneemt en met ernstige zorgen over de milieueffecten van de fossiele brandstofeconomie, schone alternatieven in de energieproductie zijn hard nodig. Onderzoek zoals dat van Moore kan de weg vrijmaken voor een duurzamere toekomst die mensen in staat zal stellen te voldoen aan acute energiebehoeften met een milieuvriendelijker, koolstofarm regime.

"We stellen ons voor dat de veelbelovende eigenschappen van de katalysator die in ons huidige rapport worden beschreven, een basis zullen vormen voor het bereiken van nieuwe energietechnologieën die een verbeterde controle van materie en energie op moleculair niveau vereisen, "Zei Moore. "Door mensen ontworpen systemen die zonlicht en water in brandstoffen kunnen omzetten, bieden een veelbelovende benadering voor het verkrijgen van een duurzame energietoekomst."

Zoals Moore uitlegt, een innovatie waardoor deze studie opvalt, is het gebruik van koper in plaats van de industriestandaard, platina.

"De reeds lang bestaande industriële katalysator voor het activeren van deze reactie is elementair platina. bezorgdheid dat de toekomstige marktvraag naar platina en andere zeldzame aardelementen de beschikbaarheid zou kunnen overtreffen, hebben onderzoekers ertoe aangezet om alternatieve materialen en ontwerpprincipes te zoeken om katalysatoren voor te bereiden voor de productie van waterstof en andere industrieel relevante chemicaliën, ' zei Moor.

Niet alleen effende de studie de weg voor het gebruik van koper in waterstofontwikkelingsreacties, maar het leverde ook resultaten op over de kinetiek van de verbinding.

"De op koper gebaseerde assemblage behaalt een van de hoogste maximale omzetfrequenties die zijn gerapporteerd voor een moleculaire waterstofontwikkelingsreactiekatalysator, ' zei Moor.

Moore en zijn team voeren vervolgonderzoeken uit die licht zullen blijven werpen op de elektrokatalytische eigenschappen van deze assemblages.

"De leden van mijn onderzoeksteam en ik, waaronder Diana Khusnutdinova en Brian Wadsworth, zijn momenteel in Frankrijk om in situ röntgenabsorptiemetingen uit te voeren bij de SOLEIL-synchrotron. Deze studies zullen de elektronische structuur van de katalysator onderzoeken die wordt beschreven in onze huidige ACS Katalyse artikel en andere verwante materialen, ’ voegde Moor eraan toe.

Er wordt momenteel ook gewerkt aan katalysatoren die gebruik maken van andere soorten aarde-overvloedige metaalcentra en moleculaire steigers om ze te huisvesten, waarover de groep van Moore in de nabije toekomst graag verslag uitbrengt.