Wetenschappers hebben lang geprobeerd het proces na te bootsen waarbij planten hun eigen brandstof maken met behulp van zonlicht, kooldioxide, en water door kunstmatige fotosynthese-apparaten, maar hoe stoffen die katalysatoren worden genoemd precies werken om hernieuwbare brandstof te genereren, blijft een mysterie.

Nutsvoorzieningen, een PNAS studie geleid door Berkeley Lab - en ondersteund door de modernste materiaalkarakterisering in het Joint Center for Artificial Photosynthesis, krachtige röntgenspectroscopietechnieken bij de Advanced Light Source, en supersnelle berekeningen die zijn uitgevoerd in het National Energy Research Scientific Computing Center, hebben nieuwe inzichten opgeleverd over hoe kobaltoxide beter kan worden gecontroleerd, een van de meest veelbelovende katalysatoren voor kunstmatige fotosynthese.

Wanneer moleculen van kobaltoxide cubaan, zo genoemd naar zijn acht atomen die een kubus vormen, zijn in oplossing, de katalytische eenheden botsen uiteindelijk op elkaar en reageren, en dus deactiveren.

Om de katalysatoren op hun plaats te houden, en deze botsingen te voorkomen, de onderzoekers gebruikten een metaal-organisch raamwerk als steiger. De techniek is vergelijkbaar met hoe tetramangaan, een metaal-zuurstofkatalysator in natuurlijke fotosynthese, beschermt zichzelf tegen zelfvernietiging door zich te verstoppen in een eiwitzak.

"Onze studie geeft een duidelijk, conceptuele blauwdruk voor de engineering van de volgende generatie energieomzettende katalysatoren, " zei Don Tilley, senior faculteitswetenschapper in de Chemical Sciences Division van Berkeley Lab en een co-corresponderende auteur van de studie.