Elk uur, de zon verzadigt de aarde met meer energie dan de mens in een jaar verbruikt. Het is een grote uitdaging geworden om een ​​deel van deze energie aan te wenden om aan de wereldwijde vraag te voldoen. met de wereld klaar om zijn energieverbruik in slechts dertig jaar te verdubbelen.

In een nieuwe studie, onderzoekers van het Biodesign Center for Applied Structural Discovery (CASD) en ASU's School of Molecular Sciences nemen een pagina uit het lesboek van de natuur. Geïnspireerd door de manier waarop planten en andere fotosynthetische organismen de stralingsenergie van de zon verzamelen en gebruiken, ze hopen technologieën te ontwikkelen die zonlicht opvangen en opslaan als koolstofvrije of koolstofneutrale brandstoffen.

"Dit artikel beschrijft een algemene maar nuttige strategie voor een beter begrip van de rol van katalysatoren in opkomende technologieën voor het omzetten van zonlicht in brandstoffen, ", zegt corresponderende auteur Gary Moore.

Het onderzoek verschijnt in het huidige nummer van het tijdschrift American Chemical Society (ACS) Toegepaste energiematerialen en siert zijn dekmantel.

Ondanks de vooruitgang op het gebied van zonnepaneeltechnologieën, hun beperkingen zijn duidelijk. Onderzoekers willen geaccumuleerde energie van de zon in geconcentreerde vorm opslaan, te gebruiken waar en wanneer het nodig is. Katalysatoren - materialen die de snelheid waarmee chemische reacties optreden versnellen - zijn een essentieel ingrediënt voor het oogsten van zonlicht en het opslaan ervan als brandstof, via een proces dat bekend staat als foto-elektrosynthese.

Zoals de auteurs aantonen, echter, de effectiviteit van katalysatoren is in grote mate afhankelijk van hoe ze worden gebruikt in nieuwe groene technologieën. Het doel is om de energie-efficiëntie te maximaliseren en waar mogelijk gebruik maken van aarde-overvloedige elementen.

Volgens Brian Wadsworth, onderzoeker in het CASD-centrum en hoofdauteur van de nieuwe studie, een minder-is-meer-benadering van katalysatoren kan de prestaties van foto-elektrosynthetische apparaten verbeteren:

"Er is een traditioneel idee dat relatief hoge katalysatorladingen gunstig zijn voor het maximaliseren van de reactiesnelheden en gerelateerde prestaties van katalytische materialen, " zegt Wadsworth. "Echter, deze ontwerpstrategie zou niet altijd moeten worden geïmplementeerd in assemblages waarbij zonne-energie wordt opgevangen en omgezet, aangezien relatief dikke katalysatorlagen de prestaties kunnen belemmeren door te voorkomen dat zonlicht een onderliggend lichtabsorberend materiaal bereikt en/of de accumulatie van katalytisch actieve toestanden ongunstig beïnvloedt."

Het nieuwe onderzoek biedt een kader voor een beter begrip van de katalytische prestaties van apparaten op zonne-energie en wijst de weg naar verdere ontdekkingen.