La pubblicazione di un articolo scientifico di grande impatto è un traguardo significativo per i ricercatori. Essere presenti sulla copertina del diario è ancora meglio.

Un nuovo studio delinea i progressi nel campo della ricerca sulla catalisi, con ampie applicazioni per tecnologie energetiche innovative.

Gary Moore, professore assistente presso la Scuola di Scienze Molecolari e ricercatore presso il Biodesign Center for Applied Structural Discovery, e il suo team hanno vinto l'ambito onore quando il loro articolo di ricerca, "Proprietà elettrocatalitiche delle porfirine fuse binucleari Cu(II) per l'evoluzione dell'idrogeno, " è stato selezionato per la copertina dell'edizione di ottobre di Catalisi ACS .

Gli studenti laureati di Moore, Diana Khusnutdinova e Brian Wadsworth, sono stati gli autori principali dello studio. Jason Drees, l'ex sviluppatore multimediale per Biodesign ha disegnato la copertina della rivista.

"È sempre un piacere che altri prendano un'attenzione speciale alla ricerca del mio gruppo, " ha detto Moore.

Fondata nel 2011, Catalisi ACS è una rivista peer-reviewed che pubblica manoscritti che riguardano ricerche sperimentali e teoriche su materiali e molecole di natura catalitica. I catalizzatori svolgono un ruolo essenziale nei processi di conversione dell'energia in biologia e tecnologia. Agiscono per fornire percorsi a bassa energia per le reazioni chimiche e trovano la loro strada in applicazioni che vanno dalla produzione di carburante alla guida delle reazioni bioenergetiche essenziali per tutti gli organismi viventi.

Il laboratorio di Moore studia i modi in cui i materiali catalitici alimentati dal fotovoltaico possono produrre energia per soddisfare le esigenze umane riducendo al minimo l'impatto ambientale. Secondo Moore, i loro studi si ispirano al processo che le piante e altri organismi fotosintetici utilizzano per convertire la luce solare in combustibili attraverso una serie di reazioni fotochimiche.

"Questo processo alimenta la nostra biosfera e fornisce i combustibili fossili su cui si basano le nostre società moderne, " ha detto Moore.

La copertina illustra la struttura molecolare del catalizzatore riportato, una porfirina fusa binucleare con rame (II) composta da due macrocicli di porfirina, così come l'unione di due protoni per sintetizzare idrogeno (H2). Lo studio esplora le proprietà elettrocatalitiche delle porfirine in questa reazione di evoluzione dell'idrogeno.

"Nel nostro recente Catalisi ACS pubblicazione descriviamo una nuova classe di catalizzatori per guidare la reazione di evoluzione dell'idrogeno (HER), " Moore ha detto. "Il prodotto di questa reazione è un combustibile e un'importante materia prima chimica. Il catalizzatore riportato utilizza una struttura molecolare per ospitare due centri di metallo di rame. In condizioni appropriate, una singola molecola del catalizzatore ne produce più di 2, 000, 000 molecole di idrogeno al secondo. Questa costante di velocità è tra le più alte riportate in letteratura".

Comprendendo le proprietà fisiche e chimiche di questi elettrocatalizzatori, Moore crede che sia possibile un ulteriore miglioramento delle loro proprietà catalitiche.

Con la domanda di energia umana in rapido aumento e con serie preoccupazioni per gli impatti ambientali dell'economia dei combustibili fossili, sono assolutamente necessarie alternative pulite nella produzione di energia. La ricerca come quella di Moore potrebbe aprire la strada a un futuro più sostenibile che consentirà agli esseri umani di soddisfare i bisogni energetici acuti con un approccio più ecologico, regime a basso tenore di carbonio.

"Immaginiamo che le caratteristiche promettenti del catalizzatore descritto nel nostro attuale rapporto forniranno una base per il raggiungimento di nuove tecnologie energetiche che richiedono un maggiore controllo della materia e dell'energia a livello molecolare, "Ha detto Moore. "I sistemi ingegnerizzati dall'uomo in grado di convertire la luce solare e l'acqua in combustibili offrono un approccio promettente per ottenere un futuro energetico sostenibile".

Come spiega Moore, un'innovazione che contraddistingue questo studio è l'uso del rame al posto dello standard del settore, platino.

"Il catalizzatore industriale di lunga data per l'attivazione di questa reazione è il platino elementare. Tuttavia, le preoccupazioni che le future richieste del mercato per il platino e altri elementi delle terre rare potrebbero superare la disponibilità hanno spinto i ricercatori a cercare materiali alternativi e principi di progettazione per preparare catalizzatori per la produzione di idrogeno e altre sostanze chimiche rilevanti a livello industriale, " ha detto Moore.

Lo studio non solo ha aperto la strada all'uso del rame nelle reazioni di evoluzione dell'idrogeno, ma ha anche prodotto risultati sulla cinetica associata al composto.

"L'assieme a base di rame raggiunge una delle più alte frequenze di turnover massime riportate per un catalizzatore di reazione di evoluzione dell'idrogeno molecolare, " ha detto Moore.

Moore e il suo team stanno portando avanti studi di follow-up che continueranno a far luce sulle proprietà elettrocatalitiche di questi assemblaggi.

"I membri del mio gruppo di ricerca ed io, tra cui Diana Khusnutdinova e Brian Wadsworth, sono attualmente in Francia per eseguire misure di assorbimento dei raggi X in situ al sincrotrone SOLEIL. Questi studi indagheranno sulla struttura elettronica del catalizzatore descritto nel nostro presente Catalisi ACS articolo e altri materiali correlati, " ha aggiunto Moore.

Attualmente sono in corso anche i lavori relativi a catalizzatori che utilizzano altri tipi di centri metallici abbondanti in terra e scaffold a base molecolare per ospitarli, su cui il gruppo di Moore non vede l'ora di riferire nel prossimo futuro.