Kunstmatige fotosynthese geleerd van de natuur: nieuwe technologie voor de productie van waterstof op zonne-energie ontwikkeld

Onderzoekers hebben met succes een supramoleculaire fluorofoor nanocomposiet-fabricagetechnologie ontwikkeld met behulp van nanomaterialen en een duurzaam organisch biowaterstofproductiesysteem op zonne-energie gebouwd.

Het onderzoeksteam gebruikte de goede adsorptie-eigenschappen op het nano-oppervlak van op looizuur gebaseerde metaal-polyfenolpolymeren om de zelfassemblage en optische eigenschappen van fluorescerende kleurstoffen te controleren en tegelijkertijd de foto-excitatie- en elektronenoverdrachtsmechanismen te identificeren. Op basis van deze bevindingen implementeerde hij een op zonne-energie gebaseerd biowaterstofproductiesysteem met behulp van bacteriën met hydrogenase-enzymen.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het journaal Angewandte Chemie Internationale Editie. Het gezamenlijke onderzoek werd geleid door professor Hyojung Cha van de afdeling Waterstof en Hernieuwbare Energie, Kyungpook National University en professor Chiyoung Park van de afdeling Energiewetenschappen en Techniek, Daegu Gyeongbuk Institute of Science & Technology.

Tijdens natuurlijke fotosynthese absorbeert chlorofyl lichtenergie en draagt ​​elektronen over om deze om te zetten in chemische energie. Kunstmatige fotosynthese, die dit natuurlijke proces van fotosynthese nabootst, gebruikt zonlicht om waardevolle hulpbronnen te produceren, zoals waterstof, en heeft de aandacht getrokken als duurzame energieoplossing.

Het team van Professor Park ontwikkelde een supramoleculaire fotokatalysator die elektronen kan overbrengen die vergelijkbaar zijn met chlorofyl in de natuur door rhodamine, een bestaande fluorescerende kleurstof, te modificeren tot een amfifiele structuur. Het team paste metaal-polyfenol nanocoatingtechnologie toe op basis van looizuur om de prestaties en duurzaamheid te verbeteren.

Bijgevolg toonden ze de productieprestaties aan van ongeveer 18,4 mmol waterstof per uur per gram katalysator onder het zichtbare spectrum. Deze prestatie is 5,6 keer zo hoog als die waargenomen in eerdere onderzoeken met dezelfde fosfor.

Het onderzoeksteam combineerde hun nieuw ontwikkelde supramoleculaire kleurstof met Shewanella oneidensis MR-1, een bacterie die elektronen kan overbrengen, om een ​​biocomposietsysteem te creëren dat ascorbinezuur (vitamine C) met behulp van zonlicht omzet in waterstof. Het systeem functioneerde lange tijd stabiel en demonstreerde zijn vermogen om continu waterstof te produceren.

Professor Park zei: “Deze studie markeert een belangrijke prestatie die de specifieke mechanismen van organische kleurstoffen en kunstmatige fotosynthese onthult. In de toekomst zou ik graag vervolgonderzoek willen doen naar nieuwe op supramoleculaire chemie gebaseerde systemen door functionele micro-organismen en nieuwe materialen te combineren .”