Проектирование искусственного листа, который использует солнечную энергию, чтобы преобразовать воду дешево и эффективно в водород и кислород, является одной из целей BISfuel – энергетический Пограничный Научно-исследовательский центр, финансируемый Министерством энергетики, в Отделе Химии и Биохимии в Университете штата Аризона.Водород – важное топливо сам по себе и служит необходимым реактивом для производства легкого топлива углеводорода от тяжелых нефтяных запасов подачи. Общество требует возобновляемого источника топлива, которое широко распределено, богато, недорогое и экологически убирать.Обществу нужен дешевый водород.
«Первоначально, наш искусственный лист не работал очень хорошо, и наши диагностические исследования того, почему обозначенный, что шаг, где быстрая химическая реакция должна была взаимодействовать с медленной химической реакцией, не был эффективен», сказал преподаватель химии ASU Томас Мур. «Быстрый – шаг, где энергия света преобразована в химическую энергию, и медленный – шаг, где химическая энергия используется, чтобы преобразовать воду в ее элементы то есть водород и кислород».Исследователи бросили более близкий взгляд на то, как природа преодолела связанную проблему в части фотосинтетического процесса, где вода окислена, чтобы привести к кислороду.
«Мы посмотрели подробно и нашли, что природа использовала промежуточный шаг», сказал Мур. «Этот промежуточный шаг включил реле для электронов, в которых одна половина реле взаимодействовала с быстрым шагом оптимальным способом удовлетворить его, и у другой половины реле тогда было время, чтобы сделать медленный шаг водного окисления эффективным способом».Они тогда проектировали искусственное реле на основе естественного и были вознаграждены основным улучшением.Поиск понять, чего они достигли, команда тогда, посмотрел подробно на атомный уровень, чтобы выяснить, как это могло бы работать.
Они использовали кристаллографию рентгена и методы спектроскопии оптического и магнитного резонанса, чтобы определить местную электромагнитную среду электронов и протонов, участвующих в реле, и с помощью теории (протон, соединенный механизм передачи электрона), определил уникальную структурную особенность реле. Это было необычно короткой связью между водородным атомом и атомом азота, который облегчает правильную работу реле.
Они также нашли тонкие магнитные особенности электронной структуры искусственного реле, которое отразило найденных в естественной системе.Мало того, что искусственная система была улучшена, но и команда понимает лучше, как естественная система работает. Это будет важно, поскольку ученые развиваются, искусственный подход листа к стабильному использованию солнечной энергии должен был обеспечить еду, топливо и волокно, что потребности человека все более и более требовательны.Среди преподавателей химии ASU, вовлеченных в этот определенный проект, Томас Мур, Порыв Девенза, Ана Мур и Владимиро Мухика.
Отдел – отделение Колледжа Гуманитарных наук и Наук. Ключевые сотрудники в этой работе – Олег Полуектов и Тиджана Рэджх от Национальной лаборатории Аргонна.
Эта работа не была бы возможна без участия многих ученых, которых ведет общая цель, и скоординировала программой, такой как энергетический Пограничный Научно-исследовательский центр, чтобы принести правильную комбинацию навыков высокого уровня к столу исследования.Отдел Chemisry и Biocehmistry – академическая единица в Колледже ASU Гуманитарных наук и Наук.