Kimyagerler, mevcut sistemlerden on kat daha verimli bir ‘yapay fotosentez’ sistemi yaratıyor

Kimyagerler, mevcut sistemlerden 10 kat daha verimli bir 'yapay fotosentez' sistemi yaratıyor

Chicago Üniversitesi’ndeki altı kimyagerden yapılan bir araştırma, önceki yapay sistemlerden büyüklük sırasına göre daha verimli olan yapay fotosentez için yenilikçi yeni bir sistem gösteriyor. Yukarıda, sürecin sanatsal bir gösterimi. Kredi bilgileri: Peter Allen

Geçtiğimiz iki yüzyıl boyunca insanlar, konsantre enerji için fosil yakıtlara güvendiler; yüz milyonlarca yıllık fotosentez, uygun, enerji yoğun bir maddede paketlenmiştir. Ancak bu arz sınırlı ve fosil yakıt tüketiminin Dünya’nın iklimi üzerinde muazzam olumsuz etkisi var.

Chicago Üniversitesi’nden kimyager Wenbin Lin, “Birçok insanın anlamadığı en büyük zorluk, kullandığımız enerji miktarı için doğanın bile bir çözümü olmamasıdır” dedi. Fotosentez bile o kadar iyi değil, dedi ki: “Doğadan daha iyisini yapmak zorunda kalacağız ve bu korkutucu.”

Bilim adamlarının araştırdığı olası bir seçenek, “yapay fotosentez” – kendi tür yakıtlarımızı yapmak için bir bitkinin sistemini yeniden işlemek. Ancak tek bir yapraktaki kimyasal ekipman inanılmaz derecede karmaşıktır ve kendi amaçlarımıza çevirmek o kadar kolay değildir.

A Doğa Katalizi Chicago Üniversitesi’ndeki altı kimyagerin yaptığı çalışma, önceki yapay sistemlerden büyüklük sırasına göre daha üretken olan, yapay fotosentez için yenilikçi yeni bir sistem gösteriyor. Karbondioksit ve sudan karbonhidrat üreten normal fotosentezin aksine, yapay fotosentez etanol, metan veya diğer yakıtları üretebilir.

Her gün arabanıza yakıt vermeniz için bir yol haline gelmeden önce uzun bir yolu olmasına rağmen, yöntem bilim adamlarına keşfetmeleri için yeni bir yön verir ve daha kısa vadede diğer kimyasalların üretimi için faydalı olabilir.

Lin, “Bu, mevcut sistemler üzerinde çok büyük bir gelişme, ancak aynı derecede önemli olarak, bu yapay sistemin moleküler düzeyde nasıl çalıştığına dair çok net bir anlayış ortaya koyabildik, ki bu daha önce başarılmamış” dedi. James Franck Chicago Üniversitesi Kimya Profesörü ve çalışmanın kıdemli yazarı.

‘Başka bir şeye ihtiyacımız olacak’

Lin, “Doğal fotosentez olmasaydı burada olmazdık. Dünya’da soluduğumuz oksijeni ve yediğimiz yiyecekleri yaptı” dedi. “Ama asla araba kullanmamız için yakıt tedarik edecek kadar verimli olmayacak; bu yüzden başka bir şeye ihtiyacımız olacak.”

Sorun şu ki, fotosentez, bize yakıt sağlamak için harika olan karbonhidratları oluşturmak için inşa edildi, ancak çok daha yoğun enerjiye ihtiyaç duyan arabalarımızı değil. Bu nedenle, fosil yakıtlara alternatifler yaratmak isteyen araştırmacılar, etanol veya metan gibi daha enerji yoğun yakıtlar oluşturmak için süreci yeniden tasarlamak zorundalar.

Doğada fotosentez, birkaç çok karmaşık protein ve pigment grubu tarafından gerçekleştirilir. Su ve karbon dioksit alırlar, molekülleri parçalara ayırırlar ve atomları yeniden düzenleyerek karbonhidratları oluştururlar – uzun bir hidrojen-oksijen-karbon bileşikleri dizisi. Bununla birlikte, bilim adamlarının, sulu bir karbon çekirdeğini çevreleyen sadece hidrojen ile farklı bir düzenleme üretmek için reaksiyonları yeniden çalışması gerekiyor – CH4metan olarak da bilinir.

Bu yeniden mühendislik, göründüğünden çok daha aldatıcıdır; insanlar, doğanın verimliliğine yaklaşmak için on yıllardır onunla uğraşıyorlar.

Lin ve laboratuvar ekibi, bugüne kadar yapay fotosentez sistemlerinin içermediği bir şeyi eklemeyi deneyebileceklerini düşündüler: amino asitler.

Ekip, bir organik bağlayıcı moleküller tarafından bir arada tutulan metal iyonlarından oluşan bir bileşik sınıfı olan metal-organik çerçeve veya MOF adı verilen bir malzeme türüyle başladı. Daha sonra, kimyasal reaksiyonlar için maksimum yüzey alanını sağlamak için MOF’leri tek bir katman olarak tasarladılar ve her şeyi elektronları taşımak için bir kobalt bileşiği içeren bir çözeltiye batırdılar. Son olarak, MOF’lara amino asitler eklediler ve hangisinin en iyi sonucu verdiğini bulmaya çalıştılar.

Reaksiyonun her iki yarısında da iyileştirmeler yapabildiler: suyu parçalayan ve karbon dioksite elektron ve proton ekleyen süreç. Her iki durumda da amino asitler, reaksiyonun daha verimli ilerlemesine yardımcı oldu.

Bununla birlikte, önemli ölçüde geliştirilmiş performansa rağmen, yapay fotosentezin, yaygın kullanıma uygun olacak kadar yakıt üretmeden önce kat etmesi gereken uzun bir yol var. Lin, “Şu anda bulunduğumuz yerde, tüketimimiz için yeterli miktarda metan üretmek için birçok büyüklük mertebesi büyütmemiz gerekecek.” Dedi.

Bu buluş, diğer kimyasal reaksiyonlara da geniş çapta uygulanabilir; bir etkisi olması için çok fazla yakıt yapmanız gerekir, ancak diğerlerinin yanı sıra farmasötik ilaçlar ve naylonlar yapmak için başlangıç ​​malzemeleri gibi bazı moleküllerin çok daha küçük miktarları çok faydalı olabilir.

Lin, “Bu temel süreçlerin çoğu aynı” dedi. “İyi kimyalar geliştirirseniz, birçok sisteme bağlanabilirler.”

Daha fazla bilgi:
Guangxu Lan ve diğerleri, Yapay fotosentez için tek katmanlı metal-organik çerçeveler üzerindeki Biyomimetik aktif bölgeler, Doğa Katalizi (2022). DOI: 10.1038/s41929-022-00865-5

Chicago Üniversitesi tarafından sağlanan

Alıntı: Kimyagerler, mevcut sistemlerden (2022, 11 Kasım) on kat daha verimli bir ‘yapay fotosentez’ sistemi oluşturuyorlar. .html

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.

Leave a Comment